[發明專利]獲得較低的最小升壓比的可變電壓轉換器

有效

• 申請號: 201810011834.0
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108306488B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 喬根德拉·辛格·索恩加姆;楊水濤;默罕默德·胡爾希德·阿拉姆;陳禮華;徐帆;周彥
• 申請（專利權）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088;H02M1/38;H02M7/48;B60L15/00
• 代理公司: 北京連和連知識產權代理有限公司 11278
• 代理人: 張騰

用于電驅動系統的可變電壓轉換器具有在正母線和負母線之間串聯的上部和下部開關器件。電感器將開關器件之間的連接點連接到DC電池。控制器配置為根據基于轉換器的預期升壓比的PWM柵極信號來驅動開關。當預期升壓比大于預定升壓比時，PWM柵極信號對于上部和下部開關器件都插入標稱死區時間。當預期升壓比小于預定升壓比時，為了在再生操作期間擴大可實現的升壓比范圍，PWM柵極信號對上部開關器件不插入死區時間并且使下部開關器件保持持續斷開。

技術領域

本發明大體涉及用于電動車輛的電驅動系統中的可變電壓轉換器，并且更具體地，涉及占空比調制以及使用轉換器中的功率開關器件的可選死區時間插入，以在升壓模式下操作時實現更大范圍的升壓比。

背景技術

諸如混合動力電動車輛(hybrid electric vehicle，HEV)、插電式混合動力電動車輛(plug-inhybrid electric vehicle，PHEV)、和電池電動車輛(battery electricvehicle，BEV)的電動車輛使用逆變器驅動的電機來提供牽引力矩。典型的電驅動系統可以包括直流(direct-current，DC)電源(諸如電池組或燃料電池)，DC電源通過接觸器開關連接到可變電壓轉換器(variable voltage converter，VVC)以調節主DC鏈路電容器兩端的主母線電壓。一個三相馬達逆變器連接在主母線和牽引馬達之間，以便將DC母線電力轉換成連接到馬達繞組的交流(alternating current，AC)電壓以推動車輛。在車輛的再生制動期間，馬達由車輪驅動并且可以用于傳送電力以對電池充電。另一個三相變頻器將發電機連接到DC母線。發電機可以由內燃發動機驅動以對電池充電。在充電期間，VVC將主母線電壓轉換為適于對DC電池組充電的電壓。

使用電源開關的適當調制，VVC可以將由電池提供的直流電壓提升為更高的電壓以在改進的車輛性能水平下驅動馬達。當用于從輸入側向輸出側提升電壓時，該轉換器被稱為升壓轉換器。在混合動力車輛領域中，通常通過再生制動對電池充電，其中車輪的機械能通過發電機、或通過作為發電機運轉的馬達轉換成電能并通過VVC提供給電池。VVC也可以在直通模式中工作，其中瞬態電流從電池側流向逆變器側/從變頻器側流向電池側而電壓不升高。

VVC包括上部和下部晶體管開關器件(例如絕緣柵雙極型晶體管(insulated gatebipolar transistor)，IGBT)，上部和下部晶體管開關器件具有通過電感器連接到電源電池的中間連接點。開關器件串聯在正和負DC母線之間。電子控制器根據提供所需的VVC模式的調制方案提供開關信號(即柵極信號)以接通和關斷開關器件。通常使用脈沖寬度調制來控制由VVC導致的電壓升高，其中可以改變開關信號的占空比以便于將VVC電壓調節到所需大小。VVC的“升壓比”定義為輸出電壓與輸入電壓之比。在直通模式下，升壓比為1。在其他情況下，升壓比大于1(即VVC的逆變器側的電壓高于VVC的電池側的電壓)。

為了避免DC鏈路短路，重要的是上部和下部器件不同時導通(即打開)。通常在開關信號的任何轉換處插入短時間間隔(稱為死區時間)，在該轉換期間，上部和下部開關器件均關斷以便于防止這種直通。然而，插入死區時間會改變脈沖寬度調制(PWM，Pulsewidth modulation)開關信號的有效占空比。在再生操作期間，例如死區時間可以使最小可實現的升壓比增益到顯著高于1.0的值(例如在20kHz附近的高PWM開關頻率時高達1.25)。較低的升壓比的不可用性可能導致主DC母線上的電壓高于所需、或導致強制使用直通模式，使得由于主DC母線電壓低于所需而導致電機產生的轉矩較低。

發明內容

在本發明的一個方面中，電驅動系統中的可變電壓轉換器包括在正母線和負母線之間串聯的上部開關器件和下部開關器件。電感器將上部和下部開關器件之間的連接點連接到DC電源?？刂破髋渲脼楦鶕谵D換器的預期升壓比的PWM柵極信號來驅動開關。當預期升壓比大于預定升壓比時，PWM柵極信號對于上部和下部開關器件都插入標稱死區時間。當預期升壓比小于預定升壓比時，PWM柵極信號對于上部開關器件不插入死區時間并且使下部開關器件保持持續關斷。

附圖說明