專利名稱：逆變器輸入端的被動放電電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將直流電變換成交流電的逆變器anverter)，尤其是涉及一種用于電動汽車(EV)和混合動力汽車(HEV)的車用逆變器。
背景技術(shù)：
請參閱圖1，車用逆變器通常采用典型的三相全橋電壓型逆變電路，其由六個晶體管Ql Q6組成，輸出三相交流電U、ν、W。其中的直流側(cè)電容(DC link capacitor)作為直流側(cè)(蓄電池組)和交流側(cè)(交流電機(jī))之間的負(fù)載平衡儲能元件。在電動汽車和混合動力汽車中使用的逆變器輸入端電壓高于100V，為保護(hù)人身安全，要求在逆變器的直流側(cè)電容配有放電電路，以降低直流側(cè)電容的電壓。在逆變器輸入端的放電電路包括兩種一種是被動放電電路，國標(biāo)GB18488要求其在120秒內(nèi)通過被動放電將直流側(cè)電容的電壓下降至60伏特以下；另一種是主動放電電路，標(biāo)準(zhǔn)要求其在5秒內(nèi)通過主動放電將直流側(cè)電容的電壓下降至60伏特以下?，F(xiàn)有的逆變器輸入端的主動放電電路是直流-直流轉(zhuǎn)換器(DC-DCConverter)，其兩個輸入端與逆變器的兩個輸入端相同。但是直流-直流轉(zhuǎn)換器需要一定的輸入電壓才能正常工作，為滿足標(biāo)準(zhǔn)要求就必將改變電路結(jié)構(gòu)和控制策略，增加了設(shè)計難度和成本。現(xiàn)有的逆變器輸入端的一種被動放電電路就是在直流側(cè)電容的兩端并聯(lián)一個被動放電電阻，以實現(xiàn)被動放電。該被動放電電路的設(shè)計簡單、成本低、方案成熟。但被動放電電阻所產(chǎn)生的損耗和放電速度是一對矛盾。為滿足標(biāo)準(zhǔn)，必須選取較小阻值的被動放電電阻，例如100K歐姆，這會導(dǎo)致逆變器的整體效率平均約損失0. 1%。現(xiàn)有的逆變器輸入端的另一種被動放電電路是將被動放電電阻置于逆變器主電路和驅(qū)動器、或者直流-直流轉(zhuǎn)換器的主電路和驅(qū)動器中，這種做法可以節(jié)省體積，降低局部發(fā)熱，但仍無法解決效率和放電時間的矛盾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種逆變器輸入端的被動放電電路，在滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的前提下提高了逆變器的工作效率。本發(fā)明逆變器輸入端的被動放電電路包括與直流側(cè)電容并聯(lián)的第一支路，該第一支路由放電電阻和開關(guān)晶體管串聯(lián)組成；與直流側(cè)電容并聯(lián)的第二支路，該第二支路由多個電阻串聯(lián)組成；一個比較器，其一個輸入端連接一個三角波發(fā)生器，另一個輸入端連接第二支路中的任兩個電阻之間；一個與門，其一個輸入端接入逆變器的使能信號，另一個輸入端連接比較器的輸出端；晶體管驅(qū)動電路，其輸入端連接與門的輸出端，其輸出端通過一個開關(guān)電阻控制開關(guān)晶體管的導(dǎo)通或截止。
進(jìn)一步地，所述被動放電電路還包括一個供電電路，該供電電路包括一個三端穩(wěn)壓器，其三個端口為陰極、陽極和參考端；其陰極輸出12V供電電源，并通過一個或多個串聯(lián)電阻連接直流側(cè)電容的正極；其陽極接地；其參考端通過一個電阻連接其陰極，又通過另一個電阻連接其陽極。本發(fā)明采用一種可調(diào)式的電阻放電電路，設(shè)計和控制簡單，提高整體效率，并縮短了放電時間，從而解決了效率和放電時間的矛盾，并且，本發(fā)明可以提高被動放電電路的放電能力，作為主動放電電路的補(bǔ)充。


圖1是典型的三相全橋電壓型逆變電路的示意圖；圖2是本發(fā)明逆變器輸入端的被動放電電路的示意圖；圖3是本發(fā)明所設(shè)計的12V供電電路的示意圖。圖中附圖標(biāo)記說明11為三角波發(fā)生器；12為比較器；13為與門；14為晶體管驅(qū)動電路；15為穩(wěn)壓器。
具體實施例方式請參閱圖2，這是本發(fā)明逆變器輸入端的被動放電電路的示意圖。該被動放電電路包括與直流側(cè)電容并聯(lián)的第一支路，該第一支路由放電電阻Rdis和開關(guān)晶體管Q7串聯(lián)組成。所述放電電阻Rdi s的阻值可以綜合考慮放電能力、功耗、體積等因素，在10 50kΩ (千歐)的范圍內(nèi)選取。與直流側(cè)電容并聯(lián)的第二支路，該第二支路由多個電阻串聯(lián)組成，圖1中示意性地表示為電阻Rl R6串聯(lián)。一個比較器(Comparator) 12，其一個輸入端連接一個三角波發(fā)生器(Triangle Wave Generator) 11得到三角波信號，另一個輸入端連接第二支路中的任兩個電阻之間，例如為電阻R5和R6之間，得到直流電壓值Vdc。所述三角波信號的幅值大于直流電壓值Vdc。 比較器12通過比較直流電壓值Vdc和三角波信號，來實現(xiàn)對其輸出即PWM信號的占空比控制。一個與門(AND) 13，其一個輸入端接入逆變器的使能信號Enable，另一個輸入端連接比較器12的輸出端。優(yōu)選地，逆變器正常工作時，其輸出的使能信號Enable為高電平， 否則其輸出的使能信號Enable為低電平。并且，逆變器的使能信號Enable先經(jīng)過非門反相后再接入與門13的一個輸入端，如圖2所示。晶體管驅(qū)動電路(MosFET Driver) 14，其輸入端連接與門13的輸出端，其輸出端通過一個開關(guān)電阻Rg控制開關(guān)晶體管Ql的導(dǎo)通或截止。開關(guān)電阻Rg —般取10 15 Ω， 實現(xiàn)開關(guān)晶體管Q7的正常開關(guān)。圖中的T+、T-分別表示直流側(cè)電容的正端、負(fù)端。所述開關(guān)晶體管Ql可以是雙極型晶體管(即三極管)。放電電阻Rdis連接三極管Ql的集電極和直流側(cè)電容的正極，三極管Ql的發(fā)射極與直流側(cè)電容的負(fù)極相連。晶體管驅(qū)動電路14的輸出端連接三極管Ql的基極。3/4頁所述開關(guān)晶體管Ql也可以是場效應(yīng)晶體管。放電電阻Rdis連接場效應(yīng)晶體管Ql 的集電極和直流側(cè)電容的正極，場效應(yīng)晶體管Ql的發(fā)射極與直流側(cè)電容的負(fù)極相連。晶體管驅(qū)動電路14的輸出端連接場效應(yīng)晶體管Ql的柵極。所述晶體管驅(qū)動電路14的輸出與輸入相同，即輸入端為低電平則輸出端也為低電平，輸入端為高電平則輸出端也為高電平。其主要起著功率放大的作用。由于比較器12的一個輸入端連接到第二支路的任兩個電阻之間，那么第二支路的多個串聯(lián)電阻便組成了一個分壓電路。其中，位于比較器12的該輸入端與直流側(cè)電容的正極之間的一個或多個電阻的串聯(lián)阻值優(yōu)選大于500kQ，以實現(xiàn)高低壓絕緣功能。本發(fā)明逆變器輸入端的被動放電電路的工作原理描述如下在逆變器正常工作時，逆變器給出的使能信號Enable為高電平。與門13的輸出端為低電平，晶體管驅(qū)動電路14的輸入信號IN和輸出信號OUT均為低電平，開關(guān)晶體管Q7 常閉，放電電路不工作也不產(chǎn)生損耗。在逆變器待機(jī)或斷電時，逆變器給出的使能信號Enable為低電平。比較器12的一個輸入端從第二支路上得到直流電壓值Vdc，比較器12將該直流電壓值Vdc與三角波發(fā)生器11產(chǎn)生的三角波信號比較得到一個PWM(脈寬調(diào)制)信號，與門13的輸入端即為該 PWM信號，晶體管驅(qū)動電路14的輸入信號IN和輸出信號OUT均為該P(yáng)WM信號，開關(guān)晶體管 Q7在該P(yáng)WM信號的控制下間歇性的導(dǎo)通和截止。當(dāng)開關(guān)晶體管Ql導(dǎo)通時，實現(xiàn)被動放電。在本發(fā)明逆變器輸入端的被動放電電路中，三角波發(fā)生器11、比較器12、與門13、 晶體管驅(qū)動電路14需要使用到供電電源。要保證當(dāng)?shù)蛪弘娫?2V斷電時，被動放電電路依然可以正常工作，因此本發(fā)明中還可選地包含一個供電電路，如圖3所示。該供電電路從直流側(cè)電容的正極中取電，使用穩(wěn)壓器(Regulator)產(chǎn)生12V供電電源VDD12。在逆變器正常工作時，本發(fā)明的被動放電電路不工作，其損耗約等于零，因此該供電電路損耗也約等于零。請參閱圖3，所述三端穩(wěn)壓器15的陰極(CATHODE)輸出12V供電電源VDD12，并通過一個或多個串聯(lián)電阻連接直流側(cè)電容的正極。圖3示意性表示出其陰極通過串聯(lián)的電阻 R7 Rll連接直流側(cè)電容的正極。其陽極(ANODE)接地。其參考端(REF) —方面通過電阻 R12連接其陰極，另一方面通過電阻R13連接其陽極。優(yōu)選地，該三端穩(wěn)壓器15的陰極與直流側(cè)電容的正極之間的一個或多個電阻的串聯(lián)阻值大于500K歐姆，以實現(xiàn)高低壓絕緣功能。并且該三端穩(wěn)壓器15的陰極和參考端之間的電阻R12的阻值為陽極和參考端之間的電阻R13的阻值的四倍，保證其輸出12V電源。本發(fā)明采用脈沖信號控制開關(guān)晶體管，可以實現(xiàn)在逆變器正常工作時，被動放電電路不工作，從而提高了系統(tǒng)效率。本發(fā)明通過控制脈沖信號的占空比實現(xiàn)可調(diào)節(jié)地放電，可以針對不通的直流側(cè)電容電壓實現(xiàn)不通速度的被動放電，充分利用安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的120秒時間，降低放電電阻發(fā)熱，增加壽命。本發(fā)明可以提高被動放電能力，作為主動放電電路的補(bǔ)充。在同時具有主動放電電路的逆變器中，本發(fā)明所述的被動放電電路可以幫助直流-直流轉(zhuǎn)換器完成在較低的直流側(cè)電容電壓下的主動放電需求。
以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限定本發(fā)明。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種逆變器輸入端的被動放電電路，其特征是，包括與直流側(cè)電容并聯(lián)的第一支路，該第一支路由放電電阻和開關(guān)晶體管串聯(lián)組成；與直流側(cè)電容并聯(lián)的第二支路，該第二支路由多個電阻串聯(lián)組成；一個比較器，其一個輸入端連接一個三角波發(fā)生器，另一個輸入端連接第二支路中的任兩個電阻之間；一個與門，其一個輸入端接入逆變器的使能信號，另一個輸入端連接比較器的輸出端；晶體管驅(qū)動電路，其輸入端連接與門的輸出端，其輸出端通過一個開關(guān)電阻控制開關(guān)晶體管的導(dǎo)通或截止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特征是，所述被動放電電路還包括一個供電電路，該供電電路包括一個三端穩(wěn)壓器，其三個端口為陰極、陽極和參考端；其陰極輸出12V供電電源，并通過一個或多個串聯(lián)電阻連接直流側(cè)電容的正極；其陽極接地；其參考端通過一個電阻連接其陰極，又通過另一個電阻連接其陽極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特征是，所述放電電阻的阻值為10 50k Ω。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特征是，所述比較器的一個輸入端得到三角波信號，另一個輸入端得到直流電壓值Vdc，且三角波信號的幅值大于直流電壓值Vdc ；比較器輸出一個脈沖調(diào)制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特征是，逆變器正常工作時，其輸出的使能信號為高電平，否則其輸出的使能信號為低電平；且逆變器的使能信號先經(jīng)過非門后再接入與門的一個輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特征是，所述開關(guān)晶體管是雙極型晶體管即三極管；放電電阻連接三極管的集電極和直流側(cè)電容的正極，三極管的發(fā)射極與直流側(cè)電容的負(fù)極相連；晶體管驅(qū)動電路的輸出端連接三極管的基極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特征是，所述開關(guān)晶體管是場效應(yīng)晶體管；放電電阻連接場效應(yīng)晶體管的集電極和直流側(cè)電容的正極，場效應(yīng)晶體管的發(fā)射極與直流側(cè)電容的負(fù)極相連；晶體管驅(qū)動電路的輸出端連接場效應(yīng)晶體管的柵極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特征是，所述晶體管驅(qū)動電路的輸出與輸入相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特征是，比較器的一個輸入端與第二支路的連接處與直流側(cè)電容的正極之間的一個或多個電阻的串聯(lián)阻值大于 500k Ω。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器輸入端的被動放電電路，其特征是，所述三端穩(wěn)壓器的陰極與直流側(cè)電容的正極之間的一個或多個電阻的串聯(lián)阻值大于500kQ ；且該三端穩(wěn)壓器的陰極和參考端之間的電阻的阻值為陽極和參考端之間的電阻的阻值的四倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種逆變器輸入端的被動放電電路，包括與直流側(cè)電容并聯(lián)的第一支路，該第一支路由放電電阻和開關(guān)晶體管串聯(lián)組成；與直流側(cè)電容并聯(lián)的第二支路，該第二支路由多個電阻串聯(lián)組成；一個比較器，其一個輸入端連接一個三角波發(fā)生器，另一個輸入端連接第二支路中的任兩個電阻之間；一個與門，其一個輸入端接入逆變器的使能信號，另一個輸入端連接比較器的輸出端；晶體管驅(qū)動電路，其輸入端連接與門的輸出端，其輸出端通過一個開關(guān)電阻控制開關(guān)晶體管的導(dǎo)通或截止。本發(fā)明采用一種可調(diào)式的電阻放電電路，設(shè)計和控制簡單，提高整體效率，并縮短了放電時間，從而解決了效率和放電時間的矛盾。
文檔編號H02H9/04GK102437771SQ20111038566
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者周偉波, 范昊 申請人:聯(lián)合汽車電子有限公司