電機系統(tǒng)及其igbt開關電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電動汽車領域，尤其涉及一種用于電動汽車的電機系統(tǒng)及其IGBT開關電路。
【背景技術】
[0002]電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛的新型車輛。相對傳統(tǒng)汽車，電動汽車對環(huán)境影響非常小，因此電動汽車的前景被廣泛看好?，F在市面上也有將電動汽車和傳統(tǒng)汽車相結合的混合動力汽車，車中裝備有兩個以上動力源系統(tǒng)，例如，內燃機車發(fā)電機再加上蓄電池的混合動力汽車。
[0003]在混合動力及電動汽車電力驅動系統(tǒng)中，經常使用IGBT (Insulated GateBipolar Transistor)來驅動電機系統(tǒng)，進而驅動汽車。換言之，IGBT電路可以視作電機系統(tǒng)和汽車之間的調整占空比的高頻調制開關。圖1示出了依據現有技術的IGBT電路的結構示意圖。如圖1所示，IGBT電路是由并聯的三極管?\和二極管山組合而成的。當IGBT需要關斷時，也就是電機系統(tǒng)需要和電動汽車的輪胎切斷電力供應時，IGBT電路中的輸入電壓(也就是三極管！\柵極和發(fā)射極之間的電壓)V#會驟然變小。由于系統(tǒng)中的連接線路/連接件會在各個電路支路產生寄生電感，例如圖1所示的寄生電感l(wèi)sn、寄生電感l(wèi)s12、寄生電感l(wèi)s14、寄生電感l(wèi)s13。此時各個支路的寄生電感l(wèi)sn、寄生電感l(wèi)s12、寄生電感l(wèi)s14、寄生電感l(wèi)s13由于輸入電流I。的急劇變化而產生感應電壓從而對三極管?\的輸出電壓產生影響。這是由于:
[0004]V感應電壓=L寄生電感.Δ Ic
[0005]其中，是此時各個支路的寄生電感l(wèi)sn、寄生電感l(wèi)s12、寄生電感l(wèi)s14、寄生電感l(wèi)s13的寄生電感等效值。當電流變化率Δ I。增大時，寄生電感的增大，從而使得三極管?\的輸入電壓增大。因此，根據三極管的特性三極管?\的輸出電壓Vee(也就是三極管?\的發(fā)射極和集電極之間的電壓)會產生一個尖峰電壓。
[0006]圖2(a)是依據現有技術的IGBT電路的輸出電壓曲線圖，其中，橫坐標表示時間，豎坐標表示IGBT電路的輸出電壓\e，也就是三極管?\的發(fā)射極和集電極之間的電壓。圖2(b)是現有技術的IGBT電路的輸入電壓曲線圖，其中，橫坐標表示時間，豎坐標表示IGBT電路的輸入電壓，也就是三極管！\柵極和發(fā)射極之間的電壓Vge。I。指示的是三極管！\的輸入電流，也就是從三極管?\的集電極流入的電流。圖2(a)和圖2(b)在時間軸上是對應的。根據三極管的特性，三極管的輸出電壓為:
[0007]Vce = Vdc+Vtr
[0008]其中，Vdc表示母線電壓，也就是系統(tǒng)的總電壓。V&表示三極管?\的尖峰電壓。如圖2(a)和圖2(b)所示，在h時刻左右，電機系統(tǒng)200開始斷開與電動汽車100的電力供應，在三極管?\的輸入電壓Vge變小，也就是三極管?\的輸入電流I。開始變小。此時如圖2 (b)所示V&達到一個極大值，從而Vce過壓損壞IGBT電路。
[0009]因此，業(yè)內通常會為IGBT電路設置一個保護電路，但是設置保護電路又會帶來新的問題。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明提出了一種電機系統(tǒng)及其IGBT開關電路。
[0011]本發(fā)明第一方面提供了一種IGBT開關電路，其中，所述IGBT開關電路包括:IGBT電路和第一二極管，所述的IGBT電路充當電機及其負載之間的調制開關；耦合至該IGBT電路的有源鉗位保護電路；在所述IGBT電路和所述保護電路之間還連接有一開關。該方案能夠解決IGBT關斷時由于IGBT中三極管輸出電壓過壓而造成的IGBT損壞問題。并且，該方案也能夠解決當電機被反拖到最高速，電機成為一臺發(fā)電機并產生很高的反電勢，把母線電壓充高到過壓狀態(tài)，最終導致IGBT的集電極與發(fā)射極兩端電壓達到作為保護電路的源鉗位電路開啟電壓，有可能導致IGBT被誤開通或有源鉗位電路的損壞的技術問題。
[0012]進一步地,所述三極管為NPN三極管。
[0013]進一步地，所述保護電路包括串聯的瞬態(tài)抑制二極管和第二二極管。該保護電路利用瞬態(tài)抑制二極管反向擊穿的特性，用于將該點電位鉗制。
[0014]進一步地，所述開關包括PM0S，其源極連接至所述保護電路的第二二極管，其漏極連接至IGBT電路的三極管的柵極。本發(fā)明利用PM0S的期間特性，實現開關功能。
[0015]進一步地，所述開關還連接有一 NM0S，其漏極耦合至作為所述開關的PM0S的柵極，其源極接地。由于控制信號不能直接傳遞至開關，而需要做一個電平匹配的緩沖作用。
[0016]進一步地，所述IGBT開關電路還包括一連接至所述NM0S柵極的門級驅動器，用于驅動IGBT電路。
[0017]進一步地，所述門極驅動器和所述NM0S柵極之間還連接有一電阻電路，其用于控制IGBT電路的驅動速度。
[0018]進一步地，所述開關電路還包括一控制電路，該控制電路發(fā)出控制信號來控制開關的開啟和關閉。
[0019]進一步地，所述控制信號為特定頻率的方波信號，其在所述電機及其負載斷開電供應時控制所述開關保持閉合。當IGBT電路開通時，開關被控制電導通，保護電路正常工作。當第一 IGBT電路關斷時，開關仍維持一段時間閉合狀態(tài)(處于高電位)，以保證保護電路正常工作以有效抑制尖峰值，然后開關關斷，使IGBT電路免于受到反電勢過壓誤導通而損壞。
[0020]本發(fā)明第二方面提供了一種電機系統(tǒng)，其中，所述電機系統(tǒng)包括對負載進行驅動的電機，其中包括至少三條支路，每個支路均連接至兩個并聯的如本發(fā)明第一方面所述的IGBT開關電路。
[0021]本發(fā)明第三方面提供了一種電動汽車，其中，其包括本發(fā)明第二方面所述的電機系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0022]下面將參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例，附圖中:
[0023]圖1是現有技術的IGBT開關電路的結構不意圖；
[0024]圖2是現有技術的IGBT模塊的輸出電壓曲線圖和輸入電壓曲線圖；
[0025]圖3是根據本發(fā)明一個具體實施例的電機系統(tǒng)的模塊結構示意圖；
[0026]圖4是根據本發(fā)明一個具體實施例的電機系統(tǒng)和IGBT開關電路的連接示意圖；
[0027]圖5是根據本發(fā)明的一個具體實施例的IGBT模塊及其保護電路的電路連接圖；
[0028]圖6是根據本發(fā)明的一個具體實施例的IGBT模塊的輸出電壓曲線圖和輸入電壓曲線圖；
[0029]圖7是根據本發(fā)明的一個具體實施例的IGBT開關電路的電路結構圖；
[0030]圖8是根據本發(fā)明的一個具體實施例的IGBT開關電路的控制電路發(fā)出控制信號的波形圖。
[0031]
[0032]
【具體實施方式】
[0033]以下結合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進行說明。
[0034]下文將結合將電機系統(tǒng)及其IGBT開關電路應用于電動汽車領域為例進行說明，其中，電機系統(tǒng)用于給電動汽車的輪胎提供電力從而使得電動汽車的輪胎獲得動力以驅動汽車行駛，IGBT開關電路用于驅動電機系統(tǒng)給電動汽車的輪胎提供電力。然而，本領域技術人員應當理解，本發(fā)明不限于此，所有能夠電機系統(tǒng)并且需要在電機系統(tǒng)和負載之間設置驅動電路的應用也應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
[0035]首先對本發(fā)明提供的電機系統(tǒng)和負載的連接，以及電機系統(tǒng)內部的模塊進行概要介紹。圖3是根據本發(fā)明一個具體實施例的電機系統(tǒng)的模塊結構示意圖，如圖3所示，電機200通過力矩控制給電動汽車100供電，從而使得電動汽車100將電力轉化為輪子旋轉的動力。IGBT電路充當電機200和電動汽車100之間的開關，根據本發(fā)明一個優(yōu)選實施例，IGBT電路包括第一 IGBT電路2011、第二 IGBT電路2012、第三IGBT電路2013、第四IGBT電路2014、第五IGBT電路2015、第六IGBT電路2016。需要說明的是，IGBT電路的數量是根據電機200來確定的，下文將會做詳細解釋。本發(fā)明在IGBT電路的下游電路設置了一開關32，其由控制電路(:2發(fā)出控制信號PWM來驅動。IGBT電路還連接有一個保護電路P，其用于保護IGBT電路不受過壓電壓的影響。
[0036]首先對電機系統(tǒng)和IGBT開關電路之間的連接進行總體介紹。圖4是根據本發(fā)明一個具體實施例的電機系統(tǒng)和IGBT開關電路的連接7K意圖?，F在業(yè)內常用的電機(Motor)一般具有三條支路，如圖4所示，根據本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，電機Μ具有三條支路，分別為第一支路Α、第二支路Β和第三支路C。由于系統(tǒng)電源提供的母線電壓Udc具有正負兩個方向，因此，第一支路A、第二支路B和第三支路C分別需要兩個IGBT電路。具體地，如圖4所示，第一支路A連接了兩個并聯的第一第一 IGBT電路2011和第二 IGBT門級2012，其中，第一第一 IGBT電路2011連接至母線電壓的正極，第二 IGBT電路2012連接至母線電壓的負極；第二支路B連接了兩個并聯的第三IGBT電路2013和第四IGBT門級2014，其中，第三IGBT電路2013連接至母線電壓的正極，第四IGBT電路2014連接至母線電壓的負極；第三支路C連接了兩個并聯的第五IGBT電路2015和第六IGBT電路2016，其中，第五IGBT電路2015連接至母線電壓的正極，第六IGBT電路2016連接至母線電壓的負極。電機工作時，第一支路A、第二支路B和第三支路C分別產生正方向或者負方向的電壓，并且第一支路A、第二支路B和第三支路C的其中兩條至少產生相反方向的電壓，由此使得電機獲得交流的電壓，從而給電動汽車的輪胎供應電力，以使得電動汽車的輪胎獲得旋轉的動力以驅動汽車行駛。
[0037]本領域技術人員應當理解，雖然本文以電機包括三條支路為例進行說明，然而，本發(fā)明不限于此，本發(fā)明的應用范圍包括至少三條支路的電機系統(tǒng)。
[0038]下面以圖4所示電機中的第一支路A所連接的IGBT開關電路為例對本發(fā)明進行說明。
[0039]圖5是根據本發(fā)明的一個具體實施例的IGBT電路及其保護電路的電路連接圖。圖5中的電感L相當于圖4中電機200中的電感L，圖5示出的IGBT電路相當于圖5中第一支路A并聯的IGBT電路的其中之一，例如第一第一 IGBT電路2011。
[0040]參照圖4和圖5，本發(fā)明第一方面提供了一種IGBT開關電路，其中，所述IGBT開關電路包括一第一 IGBT電路2011，其由并聯的NPN型三極管T21和第一二極管d21組成，所述的第一 IGBT電路2011充當了電機系統(tǒng)和汽車之間的調整占空比的高頻調制開關。在本實施例中，所述負載示例性地為電動汽車。本發(fā)明提供的IGBT開關電路還專門設置了一第一IGBT電路2011的保護電路P，該保護電路P是一個有源鉗位電路，其包括串聯的瞬態(tài)抑制二極管TVS