專利名稱：輸出電壓直接箝位的可變電壓轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及電力變換電路，具體涉及一種具有穩(wěn)定可變電壓轉(zhuǎn)換器的電力變換電路。
背景技術(shù)：
電動和混合動力電動車輛采用電機驅(qū)動系統(tǒng)，該電機驅(qū)動系統(tǒng)與常規(guī)內(nèi)燃機 (ICE)驅(qū)動系統(tǒng)相比，具有較低的能量消耗和較少的污染物排放。已開發(fā)出多種混合動力電動車輛的構(gòu)造。在第一種構(gòu)造中，操作者可以在電動操作和ICE操作之間進行選擇。在串聯(lián)混合動力電動車輛(SHEV)構(gòu)造中，發(fā)動機連接到稱為發(fā)電機的電機上。該發(fā)電機向電池和另一稱為牽引電機的電動機提供電力。在SHEV中，牽引電機是車輪扭矩的唯一來源。 在發(fā)動機和驅(qū)動輪之間沒有機械連接。在另一種構(gòu)造中，即并聯(lián)混合動力電動車輛(PHEV) 中，發(fā)動機和電機共同提供車輪扭矩以驅(qū)動車輛。另外，在PHEV構(gòu)造中，電動機可以作為發(fā)電機，由ICE產(chǎn)生的能量給電池充電。另一種構(gòu)造，即并聯(lián)/串聯(lián)混合動力車輛(PSHEV)的特征是既有SHEV也有PHEV?；旌蟿恿﹄妱榆囕v(HEV)的電推進由電動驅(qū)動系統(tǒng)完成，該電動驅(qū)動系統(tǒng)可以包括許多組件，通常至少包括電力變換電路和電動機。在這種配置中，電力變換電路可以將電力從電源可控地轉(zhuǎn)移到電動機以驅(qū)動負(fù)載。一種常規(guī)的電力變換電路可以包含電源，如高壓電池，以及逆變器系統(tǒng)控制(ISC)電路，該逆變器系統(tǒng)控制電路可以包括可變電壓轉(zhuǎn)換器(WC)和逆變器電路。在一常規(guī)構(gòu)造中，電源位于所謂VVC輸入側(cè)，逆變器電路設(shè)置在所謂WC輸出側(cè)。VVC可以將由電池提供的直流電壓提升至較高電壓以便驅(qū)動電動機和改善車輛性能。當(dāng)用于從輸入側(cè)到輸出側(cè)提升電壓時，轉(zhuǎn)換器稱為升壓轉(zhuǎn)換器(boost converter)0可變電壓轉(zhuǎn)換器(VVC)也可以用于將電壓從一側(cè)到另一側(cè)降低。比如，VVC的電動機/發(fā)電機側(cè)的較高電壓可以降低到較低電壓以便對WC對側(cè)的電池充電。在混合動力車輛領(lǐng)域中，通常的做法是通過再生制動為電池充電，其中車輪的機械能通過發(fā)電機、或者通過作為發(fā)電機運行的電動機轉(zhuǎn)換為電能，且通過VVC提供給電池。當(dāng)用于降低或者減少電壓時，轉(zhuǎn)換器稱為降壓轉(zhuǎn)換器(buck converter)。VVC也可以通過一種通過式模式 (pass-through mode)操作，該模式下，瞬變電流從電池側(cè)流向逆變器側(cè)，電壓不升高。一般情況下，在用于混合動力車輛的電力變換電路中，VVC的逆變器或者電動機/ 發(fā)電機側(cè)的輸出電壓VO最好高于VVC的電池側(cè)的輸入電壓VI。當(dāng)輸出電壓VO下降到低于 VI時，將失去對VVC的控制，導(dǎo)致系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。當(dāng)電動機出現(xiàn)急促電力需求時或者在主動電動機阻尼(AMD)制動操作過程中，這種電壓下降會發(fā)生在混合動力電動車輛中?，F(xiàn)有技術(shù)解決一些VVC操作中固有不穩(wěn)定性問題的方法包括重點集中在避免引起VVC不穩(wěn)定的條件出現(xiàn)的方法。例如，一些方案要求將電路設(shè)計為控制參數(shù)可以微調(diào)。但是，因為會存在電路元件特性的差異，例如，電容的變化可高達20%，所以必須為各個電路定制控制參數(shù)。 電路定制費時且昂貴，因此，無法用于大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)施上制造的系統(tǒng)。
在VVC的電源供應(yīng)側(cè)，通常有感應(yīng)器，該感應(yīng)器設(shè)置為儲存要被傳輸過VVC的能量。一般來說，現(xiàn)有技術(shù)的電路中，電流不管VVC是在降壓、升壓還是在通過模式下運行，均流過VVC感應(yīng)器和VVC開關(guān)。這種多模式電流流動需求控制了感應(yīng)器規(guī)格，散熱設(shè)計、能量傳輸?shù)乃俾?，VVC功率損耗和可以由VVC傳遞的最大功率值。而且，功率通量極限通常隨著高壓電池的電壓值的降低而逐漸變差。

發(fā)明內(nèi)容
一示例性系統(tǒng)可以包括電源，可變電壓轉(zhuǎn)換器(VVC)和穩(wěn)定裝置，該穩(wěn)定裝置直接與所述WC耦接，且設(shè)置為穩(wěn)定所述VVC的輸出電壓以阻止所述VVC輸出電壓降低至低于所述VVC的輸入電壓。在一個示例性實施例中，VVC設(shè)置為將電源與逆變器連接。在一優(yōu)選實施例中，示例性電力變換系統(tǒng)可以在混合動力電動車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)中實施，用以為機器比如電機提供電源。在一示例性系統(tǒng)中，WC穩(wěn)定裝置實施為設(shè)置成將 VVC的輸出電壓箝位到VVC的輸入電壓的箝位裝置，其中，VVC的輸出電壓即VVC逆變器側(cè)的電壓，VVC的輸入電壓即VVC電池側(cè)的電壓。在一個示例性實施例中，穩(wěn)定裝置實施為普通二極管。除了穩(wěn)定WC輸出電壓外，穩(wěn)定裝置也可以實現(xiàn)電力變換系統(tǒng)的VVC分流模式， 在分流模式中，功率可以在沒有電流流經(jīng)VVC的情況下從電源傳遞到逆變器。在分流模式下運行節(jié)省能量、縮減成本、提高電力變換電路的功率響應(yīng)。穩(wěn)定的VVC的例子設(shè)置為將電源與逆變器連接，且包括感應(yīng)器，包含與第二開關(guān)串聯(lián)連接的第一開關(guān)的電路分支，電路分支與感應(yīng)器連接，以及與電路分支連接且設(shè)置為穩(wěn)定VVC的輸出電壓的穩(wěn)定裝置。在一示例性實施例中，穩(wěn)定裝置可以實施為二極管，該二極管提供VVC輸出電壓的最小電壓箝位，將WC輸出電壓箝位至VVC輸入電壓，使得VVC的逆變器側(cè)的輸出電壓不會降低至低于VVC電池側(cè)的輸入電壓。在一示例性實施例中，穩(wěn)定裝置設(shè)置為能夠進行分流操作，其中，在沒有電流流經(jīng)VVC感應(yīng)器或者電路分支的情況下，功率傳遞至與所述VVC 耦接的逆變器。


圖1表示具有VVC穩(wěn)定器的示例性電力驅(qū)動系統(tǒng)。圖2表示具有VVC穩(wěn)定器的示例性電力驅(qū)動系統(tǒng)。圖3表示具有VVC穩(wěn)定器的示例性電力驅(qū)動系統(tǒng)。
具體實施例方式這里列出本發(fā)明的示例性實施例；但是，本發(fā)明也可以以很多替代方式，如對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的方式實施。為便于理解本發(fā)明，并為權(quán)利要求提供基礎(chǔ)，說明書中包括多個附圖。這些附圖不是按照比例繪制且可能略去了有關(guān)元件，以便于強調(diào)本發(fā)明的新穎性特征。附圖中的結(jié)構(gòu)和功能性細(xì)節(jié)的描述是為了將本發(fā)明的實施方式教給本領(lǐng)域技術(shù)人員而不能詮釋為限制本發(fā)明。例如，各種系統(tǒng)的控制模塊可以不同地設(shè)置和/或組合，但在本實施例的附圖中可能沒有描述，這樣是為了更好地強調(diào)本發(fā)明的新穎性。一般情況下，混合動力電動車輛(HEV)的可變電壓轉(zhuǎn)換器(VVC)電路設(shè)置為將電源與逆變器連接，逆變器進而又可以為作為電動機運行的永磁同步電機(PMSM)提供電流。 它也可以設(shè)置為將能量從ISC的逆變器側(cè)的發(fā)電機提供給電源，為電源充電。有時候，快速能量傳遞可能發(fā)生在跨越電力電子控制器(PEC)從電源到電動機的方向上，或者從發(fā)電機到電池的方向上。在某些工作條件下，特別是在那些有大量能量往復(fù)傳輸?shù)那闆r下，電力變換電路的VVC變得不穩(wěn)定。VVC的不穩(wěn)定性可以顯著影響車輛性能，特別是在電動機單獨為車輛提供動力的電動驅(qū)動模式下。在升壓模式下運行時，VVC會受到固有的右半平面零點(Right-Half Plane Zero, RHPZ)的影響，其中VVC傳遞函數(shù)包括s平面右半部的零點，在一定條件下，這將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，對車輛性能產(chǎn)生不利影響。如上所述，電流一般從電池側(cè)流經(jīng)感應(yīng)器進入VVC。在這樣的構(gòu)造下，VVC輸出到負(fù)載的輸出電流Iot可表示為Iqut = IL* (I-D)(等式 1)其中込是流經(jīng)感應(yīng)器的電流；D是VVC低位開關(guān)的脈沖寬度調(diào)節(jié)(PWM)控制占空比；VVC的輸出功率Pqut可以表示為P。UT = V。UT*I。UT(等式 2)其中Vqut是VVC的輸出電壓由上述兩等式可以得出輸出功率為Pout = V。UT*IL* (I-D)(等式 3)由等式3可以得出，如果輸出電壓Vott保持恒定，則輸出功率Pot的變化與輸出電流IOUT的類似變化關(guān)聯(lián)，也就是與乘積I一 (I-D)關(guān)聯(lián)。例如，如果Pot增大，乘積I一 (I-D) 應(yīng)該增大，如果Pot減小，乘積Ij (I-D)應(yīng)該減小。但是，當(dāng)占空比D以及感應(yīng)器電流込均增大時，乘積Ij(I-D)不一定會增大，而是有可能減小。例如，隨著占空比和電流均增加， 最初電流l·的增大大于量(I-D)的減小，因此乘積Ij(I-D)仍然會增大，表明輸出功率增大。但是，在等于或高于一定閾值Dt時，量(I-D)將降低至某一點上，該點處乘積IL* (I-D) 將不再增加而轉(zhuǎn)為降低。因此，VVC輸出電壓將下降。隨著D增大VVC輸出電壓降低與VVC 控制原理矛盾，使VVC控制器混亂，擾亂VVC穩(wěn)定性和產(chǎn)生VVC振蕩。遺憾的是，在不損害VVC或車輛性能，或者在沒有盲目地增加VVC輸出電容器容量的情況下，很難解決固有的VVC振蕩問題。如前所述，一些提出的解決方案是利用軟件方法來定制VVC電路以避免振蕩問題，但是，這些解決方案由于軟件控制器必須反映硬件電路設(shè)計因此非常耗時，且很難從一個VVC傳遞到另一個，且經(jīng)常會損害車輛性能。作為另一 VVC會失去控制的實例，可以考慮在HEV中進行主動電動機阻尼操作。如上所述，HEV經(jīng)常執(zhí)行再生制動操作，此操作中動能轉(zhuǎn)換為電能來降低車速并為PEC系統(tǒng)的電池充電。于2006年4月4日授于趙(Zhao)等人的，專利號為7，024，290的美國專利詳細(xì)描述了制動操作過程中可以在HEV中采用AMD，在此以參考引用的方式引入該美國專利。 HEV上的AMD操作類似于常規(guī)車輛上的ABS操作，常規(guī)車輛交替應(yīng)用和釋放制動力以達到減緩和停止車輛的目的。例如，緊急制動時，HEV操作者能夠快速有力的踩動制動踏板，引起能量從電動機上快速傳出以減速車輛速度。一段時間后，能量再次從電池側(cè)傳送至VVC 的逆變器側(cè)。這種能量傳遞的快速振蕩能夠引發(fā)VVC不穩(wěn)定性，特別是交換大量能量的時候。本發(fā)明提供一種具有輸出最小電壓直接箝位的系統(tǒng)和裝置，其中VVC被穩(wěn)定化，因此在升壓或瞬態(tài)操作過程中，VVC的逆變器側(cè)的輸出電壓不會降低至低于其電池側(cè)的高電壓電池輸入電壓。本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)中VVC輸出電壓在電動機/發(fā)電機裝置的急促電力需求引發(fā)輸出電壓下降的任何時刻都被箝位到最小電壓，在電力驅(qū)動和AMD操作過程中大大提高了 VVC穩(wěn)定性和性能。除了提供VVC電壓穩(wěn)定性外，本發(fā)明的穩(wěn)定裝置還能夠提高ISC的瞬態(tài)功率響應(yīng)，同時降低操作成本和簡化電路設(shè)計。圖1表示示例性車輛100的示意圖。車輛100可以是任何合適的類型，比如混合動力車輛(HEV)或者插電式混合動力電動車輛。在至少一個實施例中，車輛100可以包括第一輪組112，第二輪組114，發(fā)動機116，HEV驅(qū)動橋118和電力驅(qū)動系統(tǒng)120。電力驅(qū)動系統(tǒng)120可以設(shè)置成為第一和/或第二輪組112、114提供扭矩。電力驅(qū)動系統(tǒng)120可以具有任何合適的構(gòu)造。而且，在混合動力車輛中，電力驅(qū)動系統(tǒng)120可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的并聯(lián)驅(qū)動、串聯(lián)驅(qū)動或者分離混合動力驅(qū)動。例如，電力驅(qū)動系統(tǒng)120可以包括與永磁同步電機(PMSM) 134耦接的電力電子轉(zhuǎn)換器(PEC) 122?？梢灶A(yù)期，PMSM134可以作為電動機，將電能轉(zhuǎn)換為動能，或者作為發(fā)電機，將動能轉(zhuǎn)換為電能。在一示例性實施例中，PEC122 可以與作為電動機的第一 PMSM及作為發(fā)電機的第二 PMSM連接，PMSMl34由一個或多個電源提供電力來驅(qū)動車輛牽引輪。PMSM134可以是任何合適的類型，例如電動機、電動機-發(fā)電機，或者起動機-交流發(fā)電機。另外，PMSM134可以與用于回收能量的再生制動系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。EDS120能夠與電力傳送單元140耦接，電力變換單元140進而可以耦接到差速器 145來控制輪組114。電力傳送單元140可以有選擇地耦接到至少一個PMSM134上。電力傳送單元140可以是任何合適類型，比如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的多齒輪“有級(st印ratio)” 變速器，無級變速器，或者電子無轉(zhuǎn)換器變速器。電力傳送單元140可以用于驅(qū)動一個或者多個車輪。在圖1所示的實施例中，電力傳送單元140與差速器145以任意合適方式連接， 如以驅(qū)動軸或者其它機械裝置連接。差速器145可以通過軸147與第二輪組14的各個輪連接，軸147例如是輪軸或半軸。車輛100還可以包括用于監(jiān)測和/或控制車輛100各個方面的車輛控制系統(tǒng) (VCS) 150。VCS150可以與電力驅(qū)動系統(tǒng)120以及電力傳送單元140及其各個組件聯(lián)通，以監(jiān)測和控制操作和性能。VCS150可以有任何合適的構(gòu)造并可以包括一個或者多個控制器或控制模塊。在圖1所示的示例性實施例中，PEC122包括可實施為電源供應(yīng)123的電源，和具有穩(wěn)定化的VVC的逆變器系統(tǒng)控制(ISC) 1M。例如，電源供應(yīng)123可以是高壓電池的形式。ISClM可以包括硬件電路，該硬件電路設(shè)置為從電源供應(yīng)123向PMSM134提供電力。 ISClM可以與ISC控制器耦接(圖中未示出)，其可以是基于微處理器的裝置的形式，該裝置用于控制ISClM的操作，且包含硬件、軟件、固件或者它們的一些組合。ISC控制器可以與VCS150電耦接，ISC控制器可以從VCS150接收來自其它控制裝置的關(guān)于車輛系統(tǒng)操作和控制的信號。圖2表示示例性系統(tǒng)200。例如，系統(tǒng)200可以用作用于車輛的EDS。應(yīng)該理解， 車輛EDS還可以包括附加組件，如ISC控制器、附加控制單元、其它組件和必要的其所欲使用的接口。但是，為了更好地強調(diào)本發(fā)明的新穎特征，圖2沒有示出這些附加組件。系統(tǒng) 200可以包括含有電源供應(yīng)的PEC202，該電源供應(yīng)在該實施例中為高壓電池205，系統(tǒng)200
6還包括ISC210，與PEC202耦接的電動機/發(fā)電機裝置220。ISC210包括可變電壓轉(zhuǎn)換器 (VVC)部分212，以及逆變器部分218。VVC部分212設(shè)置為從電池205提供電力給逆變器部分218，逆變器部分218進而為電動機/發(fā)電機裝置220提供電力。電動機/發(fā)電機裝置220可以實施為至少一個PMSM，該PESM可以作為電動機運行來驅(qū)動HEV的車輪。因此， VVC部分212設(shè)置為根據(jù)驅(qū)動實施為電動機的電動機/發(fā)電機裝置220運動的需求，將電壓 Vin升高至高壓V。。電動機/發(fā)電機裝置220可以包含一個或多個PMSM，該PMSM可以設(shè)置為作為電動機或者發(fā)電機運行。如圖2所示，VVC部分212包括VVC電路214和穩(wěn)定裝置216，該穩(wěn)定裝置216用于穩(wěn)定輸出電壓\。在一示例性實施例中，穩(wěn)定裝置216在瞬態(tài)操作過程中或者電動機/發(fā)電機裝置220需求高功率過程中，阻止輸出電壓\下降至低于輸入電壓Vitl輸出電壓Vq的穩(wěn)定是本發(fā)明的一顯著優(yōu)點。本發(fā)明的另一優(yōu)點是提高系統(tǒng)效率。對于典型的HEV來說， VVC在升壓模式下運行相對較小的時間百分比，例如為HEV運行時間的5%。對于其余較大份額的時間，瞬態(tài)功率僅經(jīng)過VVC傳遞到逆變器，電壓不上升。在一示例性實施例中，穩(wěn)定裝置216提供一種裝置，通過所述裝置，能量在不必穿過VVC電路214的情況下，就可以傳送至逆變器218，有效實現(xiàn)了 ISC210的VVC分流模式，其節(jié)省電力并提高功率響應(yīng)，以下將進行詳細(xì)討論。圖3表示具有穩(wěn)定的VVC的示例性實施例300。系統(tǒng)300包括PEC305和電動機/ 發(fā)電機部分320。PEC305包括實施為高壓(HV)電池302的電源和ISC310。本例中的電動機/發(fā)電機部分320包括作為電動機322運行的第一 PMSM，以及作為發(fā)電機3 運行的第二 PMSM。ISC310包括與逆變器部分318耦接的VVC部分312。VVC部分312包括輸入電容器Ci，輸入感應(yīng)器Li，VVC電路分支330，輸出電容器Co和實施為二極管D3的穩(wěn)定裝置。 輸入電容器Ci在節(jié)點344、345連接到HV電池302兩端。輸入電壓Vi定義為輸入電容器 Ci兩端的電壓，典型地反映HV電池302的電壓。感應(yīng)器Ll提供了用于在ISC310儲存能量的裝置，因此可變電壓和電流可以作為 VVC部分312的輸出提供。總體上，VVC設(shè)置為響應(yīng)載荷的需求將輸入側(cè)的較低電壓升高至輸出側(cè)的較高電壓。感應(yīng)器Ll的第一終端與節(jié)點344電連接，感應(yīng)器Ll的第二終端在節(jié)點343電連接。在一示例性實施例中，VVC電路分支330包含串聯(lián)連接的第一開關(guān)Sl和第二開關(guān)S2，其中第一開關(guān)Sl包含在節(jié)點331和節(jié)點332耦接在一起的第一晶體管Tl和第一二極管D1。第二開關(guān)S2包含在節(jié)點333和節(jié)點334耦接在一起的第二晶體管T2和第二二極管D2。輸出側(cè)是包括輸出電容器Co的并聯(lián)電路分支。作為VVC部分312的能量儲存裝置的輸出電容器Co，可控制地傳送能量至逆變器部分318。VVC輸出電壓Vo是跨越輸出電容器Co的電壓。在升壓運行過程中，電流流經(jīng)感應(yīng)器Ll到達VVC電流分支330，其中兩個開關(guān)Sl和S2都交替開或關(guān)。輸入電壓Vi上升至較高輸出電壓Vo。如前段所述，在升壓運行過程中有發(fā)生下述現(xiàn)象的可能來自載荷如電動機的急促電力需求，可以促進VVC輸出電壓下降，且可能導(dǎo)致VVC不穩(wěn)定。本發(fā)明通過提供一種阻止VVC輸出電壓下降至低于它的輸入電壓的穩(wěn)定裝置來解決這個問題，所以提供了最小電壓輸出。在示例性系統(tǒng)300中，提供了實施為二極管D3的穩(wěn)定裝置。二極管D3的第一終端可以在節(jié)點344與輸入電容器和HV電池電連接。二極管D3的第二終端可以在節(jié)點341連接。如圖3所示，二極管D3能夠在電動機/發(fā)電機裝置320有急促的電力需求而在VVC312 輸出引起下降的任何時刻將VVC部分312的逆變器側(cè)的輸出電壓Vo箝位至電池側(cè)的輸入電壓Vi。通過將輸出電壓Vo箝位至輸入電壓Vi，二極管D3能夠阻止電壓Vo下降至低于電壓Vi，穩(wěn)定VVC部分312，從而避免了在沒有穩(wěn)定裝置時出現(xiàn)的VVC不穩(wěn)定性和失去控制。除了上述內(nèi)在的不穩(wěn)定性外，現(xiàn)有技術(shù)中的VVC和ISC的另一缺陷是，在升壓、降壓和通過式運行過程中電流流經(jīng)感應(yīng)器和VVC的開關(guān)。感應(yīng)器特點限制了 VVC的功率響應(yīng)， 因此限制了 ISC和PEC的性能。感應(yīng)器兩端的電壓是電感和電流變化速率的函數(shù)。因此， PEC可以傳送電力的速率依賴于感應(yīng)器的特征，其本質(zhì)上是與電流變化相反。此外，因為電流流經(jīng)感應(yīng)器產(chǎn)生熱量，所以當(dāng)確定VVC電路的合適冷卻裝置的要求和規(guī)格時，必須考慮感應(yīng)器的熱特性和流經(jīng)感應(yīng)器的最大電流。因此，由于感應(yīng)器會限制功率流量和引起系統(tǒng)中的功率損耗，使所有電流流經(jīng)感應(yīng)器的PEC或者ISC電路價格昂貴且效率低下。本發(fā)明揭示了這一事實HEV的PEC中的VVC主要在通過式或者瞬態(tài)模式下運行， 在這種模式下電壓沒有上升或下降。在一示例性實施例中，穩(wěn)定裝置可以實現(xiàn)分流模式，在這種模式下，瞬變電流和電壓可以被提供給逆變器，而不要求電流流過VVC輸入感應(yīng)器和開關(guān)。當(dāng)不要求電壓升高時，電流可以流過D3，分流Ll和VVC電路分支330。因此本發(fā)明實現(xiàn)了分流模式，在這種模式下，開關(guān)Sl和S2打開或者關(guān)閉時，瞬態(tài)功率從電池302側(cè)通過二極管D3向逆變器部分318提供。感應(yīng)器Ll和VVC電路分支330的分流提供快速功率響應(yīng)，降低了通過PEC的功率損耗，且使在VVC輸入處耦接的感應(yīng)器的所需規(guī)格簡單化。例如，當(dāng)電流流經(jīng)D3而不是流經(jīng)Ll和VVC電路分支330時，功率變換的速率可以變快，主要是因為二極管D3可以具有較快的反應(yīng)，并且不像感應(yīng)器Li，在磁場中不儲存能量。因為電流流經(jīng)D3約95%的時間，所以提高了 PEC305的功率響應(yīng)。另外，當(dāng)傳導(dǎo)電流時，二極管D3比感應(yīng)器Ll有較少的正向壓降并產(chǎn)生更少熱量，降低了 PEC305產(chǎn)生的熱量。與現(xiàn)有技術(shù)中在任何條件下電流都流經(jīng) VVC感應(yīng)器和開關(guān)的電路相比，感應(yīng)器Ll僅僅在5%的HEV運行時間導(dǎo)通。因此，感應(yīng)器Ll 的散熱要求比現(xiàn)有技術(shù)的VVC感應(yīng)器的要求低，且不需要通向感應(yīng)器的專用冷卻通道。而且，感應(yīng)器Ll可以設(shè)計為比現(xiàn)有技術(shù)中VVC使用的感應(yīng)器更小的線徑，在現(xiàn)有技術(shù)VVC中電流在所有運行條件下都流經(jīng)感應(yīng)器。在一示例性實施例中，二極管D3是通用二極管的形式。作為通用二極管，D3不需要具備開關(guān)二極管Dl和D2所要求的快速開關(guān)功能。二極管D3可以是相對便宜、低正向壓降二極管，向PEC305，特別是向VVC部分312提供具有比常規(guī)電力變換電流更快的功率響應(yīng)，因此電動機322可以更快速地汲取功率。此外，由于與感應(yīng)器相比，二極管D3電流容量增加和功率損耗減少(產(chǎn)生熱量少)，因此在瞬態(tài)操作模式過程中，二極管D3增加了可以提供給逆變器部分318的最大功率量，由于二極管D3的有利特征和功率由二極管D3傳送給逆變器的時間約為HEV運行時間95%的條件，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，二極管D3可以實質(zhì)上減少ISC310的功率損耗。例如，假設(shè)VVC電流是100A，二極管D3典型的正向壓降約為 0. 75V，則本發(fā)明的瞬態(tài)功率損耗約為751在現(xiàn)有技術(shù)的使所有電流均流經(jīng)感應(yīng)器和VVC 的系統(tǒng)中，感應(yīng)器電阻典型約為20m ohms，上層開關(guān)二極管的壓降約為1.2V，產(chǎn)生了大約 320W的功率損耗，功率損耗大約是本發(fā)明的四倍?？紤]到瞬態(tài)模式實質(zhì)上約為VVC運行時間的95 %，就可以認(rèn)識到本發(fā)明可以提高工作效率的意義。本發(fā)明除了提供穩(wěn)定性和高效性外，本發(fā)明的另一優(yōu)點是它提供了一種可以解決上述問題的簡單、低成本解決方案。實施成本是二極管D3附加成本，二極管D3可以是普通二極管。附加二極管的成本被VVC輸入感應(yīng)器的降低的要求抵消。逆變器部分318可以為電動機/發(fā)電機裝置320提供三相電流，并且可以包括電動機逆變器部分360和發(fā)電機部分380，發(fā)電機部分380在節(jié)點3M、355與VVC部分312 耦接。在一示例性實施例中，電動機逆變器部分360包含六個開關(guān)361-366，每一開關(guān)包含一對并聯(lián)排列的晶體管/ 二極管。在一示例性實施例中，開關(guān)361-366的晶體管可以包含任何類型的可控開關(guān)，例如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)等等。開關(guān)361-366的二極管可以包含任何類型的二極管，但最好是快速開關(guān)二極管。類似地，發(fā)電機逆變器部分380可以包括六個開關(guān)381-386，每一開關(guān)包括一對并聯(lián)排列的晶體管/ 二極管。在一示例性實施例中，開關(guān)381-386的二極管可以包含任何類型的可控開關(guān)，例如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET) 等等。開關(guān)381-386的二極管可以包括任何類型的二極管，但最好是快速開關(guān)二極管。如前所述，電動機322可以是設(shè)置為像電動機一樣運行的PMSM，發(fā)電機3M可以是設(shè)置為像發(fā)電機一樣運行的PMSM。這里列出了具有穩(wěn)定裝置的可變電壓轉(zhuǎn)換器和可裝有該轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)的示例性實施例。在一示例性實施例中，穩(wěn)定裝置可以阻止VVC輸出電壓降低至低于VVC輸入電壓。 例如，當(dāng)在混合動力電動車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)中使用時，該穩(wěn)定裝置在電驅(qū)動運行過程中或者在AMD運行過程中，在電動機/發(fā)電機裝置急促需要電力時，可以阻止VVC輸出電壓降低至低于高壓電池的電壓。此外，穩(wěn)定裝置可以以繞過感應(yīng)器或VVC的方式為逆變器提供來自電源的瞬態(tài)功率。在一優(yōu)選實施例中，穩(wěn)定裝置是相對低廉的通用二極管的形式，該二極管提供容易實現(xiàn)且可以低成本解決現(xiàn)有技術(shù)的PEC電路存在的振蕩問題。而且，與現(xiàn)有技術(shù)的在瞬態(tài)運行過程中電流流經(jīng)VVC感應(yīng)器和開關(guān)的ISC電路相比，穩(wěn)定二極管可以以更低成本提供更快速的瞬態(tài)功率響應(yīng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其它實施例。盡管本發(fā)明針對具體實施例進行了闡述， 但這些實施例僅僅說明本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明。提供了許多具體細(xì)節(jié)，如組件和方法的例子，對本發(fā)明提供全面詳細(xì)的說明。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識到，沒有具體細(xì)節(jié)中的一個或多個，或者利用其它裝置、系統(tǒng)、方法、組件等等，也可以實施本發(fā)明的一實施例。 在其它情況下，公知的結(jié)構(gòu)或運行沒有被詳細(xì)描述以避免模糊本發(fā)明實施例的各個方面。 說明書中提及的“一實施例”，“一個實施例”，“示例性實施例”或者“特定實施例”不一定指同一實施例，而且，結(jié)合實施例描述了具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點的裝置至少包括在本發(fā)明的一實施例中，但是不一定包括在所有實施例中。還應(yīng)該明白，附圖所示的元件中的一個或者多個也可以以更分散或者更完整的方式實施，或者甚至除去，依特定應(yīng)用一樣是有用的。貫穿整個權(quán)利要求和此處的描述中，“一個”也包括復(fù)數(shù)引用，除非文意另有規(guī)定。因此，盡管這里參照特定實施例描述了本發(fā)明，但上述描述中也應(yīng)包含修改、各種變化和代替物的范圍。應(yīng)該理解，本發(fā)明不局限于權(quán)利要求所使用的具體術(shù)語，而是，本發(fā)明包括附加權(quán)利要求范圍內(nèi)的任何及所有實施例和等同物。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，其特征在于，包含電源；可變電壓轉(zhuǎn)化器；以及穩(wěn)定裝置，所述穩(wěn)定裝置與所述可變電壓轉(zhuǎn)化器直接耦接，且用于穩(wěn)定所述可變電壓轉(zhuǎn)化器的輸出電壓以阻止所述可變電壓轉(zhuǎn)化器的輸出電壓降低至低于所述可變電壓轉(zhuǎn)化器的輸入電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)定裝置包含用于箝位所述可變電壓轉(zhuǎn)化器的輸出電壓的裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述箝位裝置將所述可變電壓轉(zhuǎn)化器的輸出電壓箝位至所述可變電壓轉(zhuǎn)化器的輸入電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)定裝置包括二極管。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述可變電壓轉(zhuǎn)化器包含感應(yīng)器和至少一個開關(guān)。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)定裝置直接連接到所述可變電壓轉(zhuǎn)化器的輸入電壓和所述可變電壓轉(zhuǎn)化器的輸出電壓。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)定裝置通過提供裝置實現(xiàn)可變電壓轉(zhuǎn)化器分流運行，通過該裝置，瞬態(tài)功率可以被傳送至與所述可變電壓轉(zhuǎn)化器耦接的逆變器，而沒有電流流經(jīng)所述可變電壓轉(zhuǎn)化器的感應(yīng)器和至少一個開關(guān)。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電源包含高壓電池。
全文摘要
一種電力變換電路，包括可變電壓轉(zhuǎn)換器(VVC)，該VVC具有用于穩(wěn)定其輸出電壓的穩(wěn)定裝置。穩(wěn)定裝置可以是二極管形式，所述二極管將VVC輸出電壓箝位至VVC輸入電壓，因此輸出電壓在載荷由急促電力需求時，不會降低至低于輸入電壓。穩(wěn)定裝置也可以實現(xiàn)分流模式，在這種模式下，瞬態(tài)功率可以由電源提供至逆變器，而沒有電流流經(jīng)VVC感應(yīng)器或者開關(guān)。當(dāng)實施為二極管時，穩(wěn)定裝置可以增加電力變換電路可以傳送的最大功率，提高電路的功率響應(yīng)，減小控制的不穩(wěn)定性并降低功率損耗。
文檔編號H02M7/48GK102347698SQ20111020576
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者陳禮華 申請人:福特全球技術(shù)公司