本發(fā)明涉及用于使高電壓電路放電的單元以間接連接的方式配置于逆變器的輸入部的用于使具有中間電路電容器的逆變器的高電壓電路放電的組件。

并且，本發(fā)明涉及在上述逆變器的輸入部與連接在上述輸入部的電源供給線之間的連接中斷的情況下使中間電路電容器放電的用于使具有中間電路電容器的逆變器的高電壓電路放電的方法。

背景技術(shù)：

例如，標(biāo)記為變頻器(inverter)的逆變器在高電壓狀態(tài)下使用蓄積在內(nèi)部的高中間電路能量驅(qū)動設(shè)備，尤其，以車輛為例，以超過60V的車輛電壓(vehicle voltage)驅(qū)動電動機(jī)(electric motor)。如上所述的方式的使用例例如有用電驅(qū)動制冷劑壓縮機(jī)用逆變器。

尤其，在車輛的逆變器進(jìn)行工作時(shí)，因馬達(dá)等的負(fù)荷(load)和/或蓄積在中間電路的能量，可導(dǎo)致逆變器處于危險(xiǎn)的工作狀態(tài)。如上所述的情況在以電壓超過60V的所謂的高電壓(HV-)使用范圍內(nèi)的電壓工作的逆變器中尤為危險(xiǎn)。一般情況下，以超過25V的交流電壓或超過60V的直流電壓進(jìn)行工作的電系統(tǒng)被標(biāo)記為高電壓系統(tǒng)。本發(fā)明涉及如上所述的以超過25V的交流電壓或超過60V的直流電壓進(jìn)行工作的具有中間電路或高電壓電路的高電壓系統(tǒng)。

若逆變器的插頭或連接器分離，則無法適時(shí)或安全地減弱蓄積在如上所述的逆變器的電能，所以充分存在使人受傷和/或損壞機(jī)器的可能性。

通常，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)，蓄積在變頻器的能量可借助被動放電電阻(passive discharge resistor)減弱。

在如上所述的類型的純被動放電電路中，電流通過用于使逆變器的高電壓電路放電的電阻器流向接地電位(earth potential)方向，通過這種方式借助減弱能量或電壓來實(shí)現(xiàn)放電。

當(dāng)逆變器正常工作時(shí)，借助如上所述的放電電阻將始終有規(guī)定的能量被分解為不必要的電力損失。如上所述的電力損失，除了造成能量浪費(fèi)之外，還造成需要額外對逆變器進(jìn)行冷卻的必要性。

在被動解決方法中，又一個(gè)弊端在于放電時(shí)間，即，在逆變器中，無法主動控制直到中間電路電壓減少到穩(wěn)定的電平為止所需的時(shí)間。因此，當(dāng)逆變器進(jìn)行工作時(shí)，需承受不必要的很長的放電時(shí)間或大量的電力損失。

出于如上所述的原因，尤其在需要較短的放電時(shí)間的情況下，因純被動放電電路造成大量的電力損失，所以純被動放電電路并不可取。

公知的方法還有通過所謂主動放電電路減少電能的解決方法。如上所述的主動放電電路需要相應(yīng)的觸發(fā)器(triggering)，因此，額外需要如電纜、插頭等部件或元件。

為了使高電壓電路放電，需要提供在外部生成的信號，例如，在車輛系統(tǒng)中通過額外的信號或總線指令(bus command)生成的信號或用于檢測插頭從電源分離的所謂的聯(lián)鎖信號(interlocking signal)。

但是，例如，在通過車輛系統(tǒng)從外部觸發(fā)逆變器時(shí)發(fā)生的弊端在于，在通信中斷(插頭分離、電纜斷線等)的情況下無法再傳遞信號。

用于檢測高電壓(High voltge，HV)插頭錯(cuò)誤的聯(lián)鎖信號需要具有追加的聯(lián)鎖接觸部的特殊插頭結(jié)構(gòu)形狀，此時(shí)，上述聯(lián)鎖接觸部支援上述聯(lián)鎖信號。

此外，因放電電路需按電力損失設(shè)計(jì)元件，因而需在基板上留有額外的設(shè)置空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供用于使逆變器的高電壓電路放電的組件及方法，根據(jù)本發(fā)明，若逆變器的連接中斷，則自動檢測蓄積在上述逆變器的高能量的危險(xiǎn)狀態(tài)，盡可能迅速排除如上所述的危險(xiǎn)，可減少電力損失以及減少與之相關(guān)的不必要的元件。

上述目的借助具有兩個(gè)獨(dú)立權(quán)項(xiàng)之一的權(quán)利要求1中的特征的組件來解決。從屬權(quán)利要求2至5提出了本發(fā)明的改善例。

在上述逆變器內(nèi)配置有邏輯單元(logic unit)，借助上述邏輯單元，對逆變器的高電壓電路的電流及電壓進(jìn)行監(jiān)視，并檢測逆變器的錯(cuò)誤。為此，上述邏輯單元具有相應(yīng)的輸入部。使用與邏輯單元相應(yīng)連接的電流傳感器測定電流。通過測定電壓來對電壓進(jìn)行監(jiān)視。

通過對如上所述的變數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，借助邏輯單元自動檢測蓄積在逆變器的高能量的危險(xiǎn)狀態(tài)，從而生成放電控制信號。邏輯單元與放電驅(qū)動器(discharge driver)相連接，上述放電驅(qū)動器與逆變器的多個(gè)斷路器的控制輸入部相連接，從而對逆變器的多個(gè)斷路器進(jìn)行控制。

在一替代性實(shí)施例中，邏輯單元與逆變器內(nèi)的多個(gè)驅(qū)動器相連接，從而實(shí)現(xiàn)邏輯單元對多個(gè)斷路器的控制。

借助具有相應(yīng)的多個(gè)驅(qū)動器的邏輯單元的本發(fā)明的組件，若自動檢測到危險(xiǎn)狀況，則打開(turn on)多個(gè)斷路器，由此減弱蓄積在逆變器的能量。

并且，通過驅(qū)動器或放電驅(qū)動器，邏輯單元與半橋電路的多個(gè)斷路器相連接。若借助如上所述的連接方式自動檢測到危險(xiǎn)狀況，例如在多相逆變器，可同時(shí)打開半橋電路的多個(gè)斷路器，從而可通過多個(gè)斷路器對所蓄積的能量進(jìn)行放電。

優(yōu)選地，放電驅(qū)動器和/或邏輯單元與第一電源裝置或第二電源裝置相連接。通過如上所述的連接方式，可保障向邏輯單元及放電驅(qū)動器供給單元工作所需的工作電壓。

除此之外，優(yōu)選地，斷路器使用絕緣柵雙極型晶體管(insulated gate bipolar transistor(IGTB))、晶體管(transistor)、晶體閘流管(thyristor)、三端雙向交流開關(guān)(triac)或功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(power MOSFET)。

本發(fā)明的上述問題也借助具有兩個(gè)獨(dú)立權(quán)項(xiàng)之中的另外一個(gè)的權(quán)利要求6中的特征的方法來解決。從屬權(quán)利要求7至9提出了本發(fā)明的改善例。

根據(jù)本發(fā)明的用于使逆變器的高電壓電路放電的方法，在逆變器的半橋式高電壓輸入部范圍持續(xù)對作為參數(shù)的電流(I)及電壓(U)進(jìn)行監(jiān)視，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的用于使逆變器的高電壓電路放電的方法的第一步驟，即，自動檢測蓄積在逆變器的高能量的危險(xiǎn)狀況。

例如，在檢測到因逆變器的輸入部和高壓電源(high voltage source)的連接分離而導(dǎo)致的危險(xiǎn)狀況后，在后續(xù)的本發(fā)明的用于使逆變器的高電壓電路放電的方法的第二步驟中生成放電控制信號。

然后，在本發(fā)明的用于使逆變器的高電壓電路放電的方法的第三步驟中，以所蓄積的能量被減弱的方式控制逆變器的半橋式斷路器。為此，在借助放電控制信號使上述多個(gè)斷路器同時(shí)被觸發(fā)后，以如上所述的方式同時(shí)打開多個(gè)斷路器。

尤其，優(yōu)選地，在上述本發(fā)明的方法實(shí)施例中，為了減弱所蓄積的能量，借助放電控制信號，同時(shí)打開半橋電路內(nèi)的多個(gè)斷路器。

優(yōu)選地，放電控制信號形成為時(shí)間上連續(xù)的多個(gè)轉(zhuǎn)換脈沖(switching pulse)形態(tài)。所蓄積的能量因同時(shí)打開多個(gè)斷路器而被減弱，如上所述的方式與高電壓輸入部或中間電路的短路相對應(yīng)。

在如上所述的情況下，為了防止電流過大，借助轉(zhuǎn)換脈沖觸發(fā)多個(gè)斷路器，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持打開狀態(tài)，而在之后的時(shí)間再次斷開(blocking)上述斷路器。在如上所述的轉(zhuǎn)換脈沖中，通過多個(gè)轉(zhuǎn)換脈沖有序的結(jié)合，進(jìn)行反復(fù)打開及斷開多個(gè)斷路器的過程。通過如上所述的方式，減弱能量，在前述的公差內(nèi)施加各元件的負(fù)荷。

在一替代性實(shí)施例中，邏輯單元生成放電控制信號，為了在生成上述放電控制信號的同時(shí)開始減弱蓄積的能源，上述邏輯單元具有額外的外部生成控制信號用輸入部。替代性地，還可提供聯(lián)鎖信號用輸入部。

在以相關(guān)附圖作為參考來引用的實(shí)施例的后續(xù)說明中提出本發(fā)明的其他詳細(xì)事項(xiàng)、特征及優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明，在與逆變器的連接被中斷的情況下，自動檢測蓄積在上述逆變器的高能量的危險(xiǎn)狀態(tài)，盡可能迅速排除如上所述的危險(xiǎn)，可減少電力損失以及減少與之相關(guān)的不必要的元件。

附圖說明

圖1為基于現(xiàn)有技術(shù)的例示性的逆變器用電路裝置。

圖2為本發(fā)明的具有放電電路的逆變器用電路裝置。

附圖標(biāo)記的說明

1：變頻器、逆變器

2：斷路器

3：半橋電路

4：逆變器的輸出部

5：逆變器的輸入部、第一電源裝置

6：基準(zhǔn)電位/接地

7：中間電路電容器

8：驅(qū)動器

9：邏輯驅(qū)動器

10：第二電源裝置

11：放電電阻器

12：電流傳感器、分流器

13：邏輯單元

14：第一輸入部(測定電流)

15：第二輸入部(測定電壓)

16：放電驅(qū)動器

17：半橋電路的高電壓輸入部/節(jié)點(diǎn)

18：放電控制信號

具體實(shí)施方式

圖1示出基于現(xiàn)有技術(shù)的例示性的逆變器1。上述逆變器1包括標(biāo)記為T1及T2的兩個(gè)斷路器2。在上述斷路器2之間配置有逆變器1的輸出部4。

附圖標(biāo)記為T1的斷路器2與輸入第一工作電壓的輸入部5相連接。附圖標(biāo)記為T2的斷路器2與基準(zhǔn)電位6相連接，例如，附圖標(biāo)記為T2的上述斷路器2與接地電位相連接。

為了借助由驅(qū)動器8所生成的控制信號來進(jìn)行控制，上述斷路器2與上述驅(qū)動器8相連接。借助上述控制信號，打開斷路器2或使斷路器處于打開狀態(tài)(on-state)，由此向逆變器1的輸入部5的第一電源裝置導(dǎo)通電壓，或向逆變器1的輸出部4導(dǎo)通基準(zhǔn)電位6。通過適當(dāng)?shù)匦纬煽刂菩盘?，從而還可使輸出部4中的電壓曲線(voltage curve)達(dá)到所需的程度。

為此，借助邏輯驅(qū)動器9觸發(fā)驅(qū)動器8。為了向上述驅(qū)動器8供給電壓，上述驅(qū)動器8與第二電源裝置10相連接。替代性地，可通過輸入部5的第一電源裝置保障對驅(qū)動器8的電壓供給。

圖1的逆變器1也表示中間電路電容器7，此中間電路電容器的第一接觸端子與半橋電路3的所謂高電壓輸入部17相連接，上述中間電路電容器的第二接觸端子與基準(zhǔn)電位/接地6相連接。

圖1還示出作為放電電阻11及電流傳感器12的所謂分流器(shunt resistor)。例如，通過上述分流器可檢測到由逆變器1接收而流向負(fù)荷的電流。在逆變器1的輸入部5與連接在高壓電源的電源供給線互相分離的情況下，為了使上述逆變器1的中間電路電容器7放電而使用上述放電電阻11。需通過如上所述的方式保障減弱蓄積在中間電路電容器7的能量，或者保障減弱蓄積在例如馬達(dá)等的進(jìn)行驅(qū)動工作的負(fù)荷的能量。

在基于現(xiàn)有技術(shù)的逆變器1的上述實(shí)施例中，發(fā)生已描述的弊端，即因放電電阻11而導(dǎo)致發(fā)生很長的放電時(shí)間或大量的電力損失。

圖2示出了已在圖1中示出的逆變器1，上述逆變器1包括：兩個(gè)斷路器2，位于半橋電路3內(nèi)；驅(qū)動器8，具有邏輯驅(qū)動器9，上述驅(qū)動器8分配于每一個(gè)斷路器2；以及輸入部5的第一電源裝置及例示性的第二電源裝置10。上述逆變器1也同樣包括電流傳感器12及中間電路電容器7。

在圖2中未圖示的負(fù)荷與逆變器1的輸出部4相連接。例如，上述負(fù)荷可以為汽車的制冷劑壓縮機(jī)用馬達(dá)。

進(jìn)而，圖2示出隸屬于本發(fā)明的另一主動放電電路的元件。作為用于檢測半橋電路3的輸入電流的電流傳感器12，上述放電電路包括已公知的分流器。

除此之外，還配置有邏輯單元13。上述邏輯單元13具有用于檢測電流的多個(gè)第一輸入部14及用于測定電壓的第二輸入部15。例如，上述多個(gè)第一輸入部14與每一個(gè)上述電流傳感器12的接觸端子相連接。例如，第二輸入部15與中間電路電容器7的節(jié)點(diǎn)17(node)相連接。

邏輯單元13具有用于輸出放電控制信號18的輸出部，上述輸出部與后置的放電驅(qū)動器16的控制輸入部相連接。例如，為了供給必要的工作電壓，上述放電驅(qū)動器16與第二電源裝置10相連接。代替性地，上述放電驅(qū)動器16還可與輸入部5的第一電源裝置相連接。

放電驅(qū)動器16具有兩個(gè)輸出部，兩個(gè)輸出部與斷路器2的每一個(gè)控制輸入部相連接。

當(dāng)用于形成所連接的負(fù)荷用輸出部4的輸出電壓的逆變器1正常工作時(shí)，可通過基于邏輯驅(qū)動器9的驅(qū)動器端8及個(gè)別驅(qū)動器8控制斷路器2。

若逆變器的輸入部5與連接在輸入部的電源供給線的線連接中斷，則借助邏輯單元13檢測如上所述的中斷。為此，上述邏輯單元13利用輸入部14監(jiān)視電流(I)，利用輸入部15監(jiān)視高電壓電力輸入部的電壓(U)。若邏輯單元13檢測到逆變器1中存在超過規(guī)定臨界值(高電壓)的電壓(U)，但通過半橋電路3的高電壓電力輸入部完全未接收到電流(I)的工作狀態(tài)，則如上所述的工作狀態(tài)被檢測為錯(cuò)誤，其理由在于，在如上所述的情況下，僅利用蓄積在中間電路電容器7內(nèi)部的能量向逆變器1本身供給電力。

在如上所述的情況下，在邏輯單元13的輸出部提供放電控制信號18，從而控制逆變器的放電。

為了提供如上所述的放電控制信號18，同樣還可使用在外部生成的信號。

在另一替代例中，為了實(shí)現(xiàn)高電壓電源連接，使用聯(lián)鎖信號。

所提供的放電控制信號18觸發(fā)放電驅(qū)動器16。

在產(chǎn)生錯(cuò)誤的情況下，通過上述放電驅(qū)動器16使半橋電路3的兩個(gè)斷路器2在規(guī)定時(shí)間內(nèi)短時(shí)間打開或處于打開狀態(tài)。以如上所述的方式減弱逆變器1內(nèi)的高電壓。

例如，在逆變器1提供比輸出電壓更多或比輸出相位多的電壓的實(shí)施例中，為了使斷路器2處于打開狀態(tài)，放電驅(qū)動器16可觸發(fā)多個(gè)斷路器2。

優(yōu)選地，由邏輯單元13提供的放電控制信號18具有多個(gè)矩形波脈沖，個(gè)別斷路器2借助如上所述的脈沖打開。在此情況下，所選擇的脈沖持續(xù)時(shí)間達(dá)到可在兩個(gè)斷路器2被打開的情況下防止電流過大和/或防止發(fā)熱的程度。

放電驅(qū)動器16可借助簡單的晶體管端形成。在直流電壓耦合中，例如，可通過放電驅(qū)動器16的晶體管端的容量性耦合來提供斷路器2。因此，可在硬件側(cè)追加防止因持續(xù)的打開(switch on)狀態(tài)及因如上所述的持續(xù)的打開狀態(tài)而導(dǎo)致的半橋電路3的斷路器2的過負(fù)荷。

利用作為代替技術(shù)方案來提供的放電控制信號18，相應(yīng)地觸發(fā)正常工作時(shí)啟動的驅(qū)動器8，通過如上所述的對驅(qū)動器的觸發(fā)，可觸發(fā)斷路器2。

在一特殊實(shí)施例中，為了觸發(fā)斷路器2，可通過額外的開關(guān)模式調(diào)整器來實(shí)現(xiàn)邏輯單元13及放電驅(qū)動器16用電壓的供給，上述開關(guān)模式調(diào)整器從所要放電的高電壓接受電力供給。

舉例本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為如下，無需生成額外的外部信號或聯(lián)鎖信號，可借助內(nèi)部邏輯單元13獨(dú)立檢測與逆轉(zhuǎn)變化裝置1的電源分離關(guān)聯(lián)的錯(cuò)誤。在此情況下，以與負(fù)荷的連接是否故意被分離或是否存在線路缺陷無關(guān)的方式執(zhí)行對錯(cuò)誤的檢測。

另一優(yōu)點(diǎn)為使用已有的用于減弱電壓的半橋電路3的斷路器2。因此，額外的電路復(fù)雜性僅限于略需設(shè)置空間以及價(jià)格不貴的幾個(gè)元件。

與純被動式解決方法相比，當(dāng)逆變器1正常工作時(shí)，不發(fā)生額外的電力損失。因此可減少逆變器1所需的制冷輸出，提高上述逆變器1的效率。

并且，與被動放電情況相比，通過本發(fā)明的主動放電，可更迅速減弱處于危險(xiǎn)狀態(tài)的高電壓。

除此之外，根據(jù)本發(fā)明，可借助邏輯按所需的方式控制變頻器的放電動作(discharge Behavior)。