CN109713926A - 一种具有容错能力的六相四桥臂逆变电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有容错能力的六相四桥臂逆变电路，包括并联设置的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂，第四桥臂与双向晶闸管构成前三个桥臂的冗余电路。首先，该逆变电路结构简单，仅仅是在现有的三相六开关逆变电路的基础上做出的修改，但是，相较于传统的逆变电路，设计更合理，功率器件数量和成本增加有限，性价比高，相应地控制安全可靠。而且，电路正常工作时，第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂运行，第四桥臂和各控制开关不工作；当第一至第三桥臂中的某一桥臂出现开路故障时，出现故障的桥臂停止运行，而与该故障桥臂对应的控制开关以及第四桥臂运行，实现容错控制，即便某一桥臂出现故障，电路仍旧可以正常运行，实现正常驱动。

Description

一种具有容错能力的六相四桥臂逆变电路

技术领域

本发明涉及一种具有容错能力的六相四桥臂逆变电路。

背景技术

随着能源危机和环境污染问题日益突出，电动汽车作为解决环境污染和能源危机的有效途径，逐渐成为国内、外研究与开发的热点。逆变器是电动汽车驱动***中的薄弱环节，逆变器的功率管极易出现故障，逆变器出现故障会影响电动汽车的正常行驶。因此，研究逆变器的容错技术至关重要。逆变器最常见的故障是功率管断路和短路，为了提高逆变器的容错能力，最常采取的方法是增加桥臂。在提升了逆变器的容错能力的同时，也增加了功率管的数量，控制电路出现故障的几率变大。尤其是专用于双三相电机的逆变器，现有的、能够实现容错能力的这种逆变器的结构十分复杂，相应地，控制可靠性就较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有容错能力的六相四桥臂逆变电路，用于解决现有的专用于双三相电机的逆变器结构十分复杂的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种具有容错能力的六相四桥臂逆变电路，包括并联设置的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂，所述第一桥臂上依次串设有第一功率管、第二功率管和第三功率管，所述第二桥臂上依次串设有第四功率管、第五功率管和第六功率管，所述第三桥臂上依次串设有第七功率管、第八功率管和第九功率管，所述第四桥臂上依次串设有第十功率管、第十一功率管和第十二功率管，所述逆变电路的应用对象为双三相电机，所述双三相电机具有第一套绕组和第二套绕组，所述第一套绕组包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组，所述第二套绕组包括第四相绕组、第五相绕组和第六相绕组，所述第一功率管和第二功率管的连接点连接所述第一相绕组，所述第四功率管和第五功率管的连接点连接所述第二相绕组，所述第七功率管和第八功率管的连接点连接所述第三相绕组，所述第二功率管和第三功率管的连接点连接所述第四相绕组，所述第五功率管和第六功率管的连接点连接所述第五相绕组，所述第八功率管和第九功率管的连接点连接所述第六相绕组，所述第一功率管和第二功率管的连接点与所述第十功率管和第十一功率管的连接点通过第一控制开关连接，所述第四功率管和第五功率管的连接点与所述第十功率管和第十一功率管的连接点通过第二控制开关连接，所述第七功率管和第八功率管的连接点与所述第十功率管和第十一功率管的连接点通过第三控制开关连接，所述第二功率管和第三功率管的连接点与所述第十一功率管和第十二功率管的连接点通过第四控制开关连接，所述第五功率管和第六功率管的连接点与所述第十一功率管和第十二功率管的连接点通过第五控制开关连接，所述第八功率管和第九功率管的连接点与所述第十一功率管和第十二功率管的连接点通过第六控制开关连接。

首先，本发明提供的逆变电路结构简单，在现有的三相六开关逆变电路的基础上做出修改，主要是增加了一条冗余桥臂，虽然相较于传统的逆变电路，结构上并没有做很大改动，但是，设计却十分合理，功率器件数量和成本增加有限，性价比较高，相应地控制安全可靠。而且，电路正常工作时，第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂运行，给电机绕组供电，第四桥臂和各控制开关不工作，车载蓄电池通过该电路能够实现驱动功能；当第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂中的某一桥臂出现开路故障时，出现故障的桥臂中的功率管停止运行，而与该故障桥臂对应的控制开关以及第四桥臂运行，构成该故障桥臂的冗余电路投入运行，实现容错控制，即便某一桥臂出现故障，电路仍旧可以正常运行，实现正常驱动，提升逆变电路的可靠性。因此，即便在故障情况下，对电机绕组的接法没有限制，只要控制器把本来应发到故障桥臂的开关驱动信号转发到第四桥臂而已，控制简单，且安全可靠，电机仍然为双三相九开关供电的对称运行方式，各项性能指标和故障发生前一样。

所述第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关、第五控制开关和第六控制开关均为双向晶闸管。

所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂的两端均设置有熔断器。

所述第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管、第五功率管、第六功率管、第七功率管、第八功率管、第九功率管、第十功率管、第十一功率管和第十二功率管均为IGBT，并且均反向并联有相应的二极管。

附图说明

图1是六相四桥臂逆变电路图；

图2是六相四桥臂逆变电路正常工作状态下的电路图；

图3是六相四桥臂逆变电路中第一桥臂发生故障后的等效电路图。

具体实施方式

本实施例提供一种具有容错能力的六相四桥臂逆变电路，该逆变电路还包括控制部分，当然，控制部分还可以是***原本存在的控制设备，不属于该逆变电路的一部分。而且，本实施例提供的逆变电路的应用对象为双三相电机，该双三相电机具有两套绕组，分别是第一套绕组和第二套绕组，第一套绕组包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组，分别对应图1中的绕组a、绕组b和绕组c，第二套绕组包括第四相绕组、第五相绕组和第六相绕组，分别对应图1中的绕组A、绕组B和绕组C。

逆变电路包括并联设置的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂，分别对应图1中的桥臂1、桥臂2、桥臂3和桥臂4，该逆变电路的直流侧连接车载蓄电池(或者称为动力电池)，其中，这四个桥臂的正极均和车载蓄电池的正极相连，这四个桥臂的负极均和车载蓄电池的负极相连。

逆变电路中的第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管、第五功率管、第六功率管、第七功率管、第八功率管、第九功率管、第十功率管、第十一功率管和第十二功率管分别对应图1中的功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6、功率管Q7、功率管Q8、功率管Q9、功率管Q10、功率管Q11和功率管Q12。本实施例中，功率管Q1～Q12均为IGBT，均反向并联有体二极管。

如图1所示，第一桥臂上依次串设功率管Q1、功率管Q2和功率管Q3，第二桥臂上依次串设功率管Q4、功率管Q5和功率管Q6，第三桥臂上依次串设功率管Q7、功率管Q8和功率管Q9，第四桥臂上依次串设功率管Q10、功率管Q11和功率管Q12。功率管Q1和功率管Q2的连接点与功率管Q10和功率管Q11的连接点通过第一控制开关连接，第一控制开关以及以下其他的各控制开关均为电控型开关，本实施例中，这些控制开关均以双向晶闸管为例，其中，第一控制开关对应图1中的双向晶闸管TR3，功率管Q4和功率管Q5的连接点与功率管Q10和功率管Q11的连接点通过第二控制开关连接，即通过图1中的双向晶闸管TR2连接，功率管Q7和功率管Q8的连接点与功率管Q10和功率管Q11的连接点通过第三控制开关连接，即通过图1中的双向晶闸管TR1连接。功率管Q2和功率管Q3的连接点与功率管Q11和功率管Q12的连接点通过第四控制开关连接，即通过图1中的双向晶闸管TR6连接，功率管Q5和功率管Q6的连接点与功率管Q11和功率管Q12的连接点通过第五控制开关连接，即通过图1中的双向晶闸管TR5连接，功率管Q8和功率管Q9的连接点与功率管Q11和功率管Q12的连接点通过第六控制开关连接，即通过图1中的双向晶闸管TR4连接。第四桥臂与双向晶闸管构成前三个桥臂的冗余电路。

功率管Q1和功率管Q2的连接点连接绕组a，功率管Q4和功率管Q5的连接点连接绕组b，功率管Q7和功率管Q8的连接点连接绕组c；功率管Q2和功率管Q3的连接点连接绕组A，功率管Q5和功率管Q6的连接点连接绕组B，功率管Q8和功率管Q9的连接点连接绕组C，即各连接点分别连接对应绕组的出线端。

本实施例中，控制部分包括电机控制器，其中，功率管Q1～Q12的栅极均与电机控制器相连，由电机控制器输入触发或断开驱动信号，双向晶闸管TR1、TR2、TR3、TR4、TR5、TR6的控制极均与电机控制器相连，由电机控制器输入或断开触发信号。

逆变电路在无故障正常运行时，如图2所示，仅第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂给电机双三相绕组a、b、c和A、B、C供电，第四桥臂和六个双向晶闸管TR1、TR2、TR3、TR4、TR5、TR6不工作，车载蓄电池通过逆变电路控制双三相电机实现驱动功能。

当第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂中的某一桥臂出现开路故障时，电机控制器断开该故障桥臂中的三个功率管的驱动信号，触发与该故障桥臂对应的双向晶闸管导通，同时将故障桥臂的驱动信号对应控制第四桥臂中的三个功率管，由被触发的双向晶闸管与第四桥臂构成的冗余电路投入运行，代替被断开的故障桥臂，实现故障情况下的冗余运行。以第一桥臂中的功率管Q1、功率管Q2或功率管Q3出现开路故障为例，如图3所示，电机控制器断开功率管Q1、功率管Q2和功率管Q3的驱动信号，控制双向晶闸管TR3和TR6导通，将本来用于功率管Q1、功率管Q2与功率管Q3的驱动信号分别用于控制功率管Q10、功率管Q11与功率管Q12，使双向晶闸管TR3、TR6及第四桥臂构成第一桥臂的冗余电路投入运行，实现容错控制。车载蓄电池仍然通过逆变电路控制双三相电机实现驱动功能，电机仍然为双三相九开关供电的对称运行方式，各项性能指标和故障发生前一样。

进一步地，第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂的两端均设置有熔断器，涉及到的熔断器有熔断器F1、F2、F3、F4、F5和F6，本实施例中，这六个熔断器均为快速熔断器。那么，如图1所示，第一桥臂由熔断器F1、功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3和熔断器F2依次串联组成；第二桥臂由熔断器F3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6和熔断器F4依次串联组成；第三桥臂由熔断器F5、功率管Q7、功率管Q8、功率管Q9和熔断器F6依次串联组成。这样的话，除了上述开路故障之外，当第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂中的某一桥臂的其中一个功率管出现短路故障时，对应桥臂上的互补功率管、该桥臂上的两个熔断器与车载蓄电池就形成回路，两个熔断器因为过流被熔断，该桥臂从电路中断开，短路故障自动转化为开路故障，再利用上述功率管开路故障容错方法进行容错控制。所以，第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂增加了熔断器，用于在功率管发生短路故障时，快速将相应的桥臂从电路中断开，保护电路其他元件不被损坏，并实现容错控制。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种具有容错能力的六相四桥臂逆变电路，其特征在于，包括并联设置的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂，所述第一桥臂上依次串设有第一功率管、第二功率管和第三功率管，所述第二桥臂上依次串设有第四功率管、第五功率管和第六功率管，所述第三桥臂上依次串设有第七功率管、第八功率管和第九功率管，所述第四桥臂上依次串设有第十功率管、第十一功率管和第十二功率管，所述逆变电路的应用对象为双三相电机，所述双三相电机具有第一套绕组和第二套绕组，所述第一套绕组包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组，所述第二套绕组包括第四相绕组、第五相绕组和第六相绕组，所述第一功率管和第二功率管的连接点连接所述第一相绕组，所述第四功率管和第五功率管的连接点连接所述第二相绕组，所述第七功率管和第八功率管的连接点连接所述第三相绕组，所述第二功率管和第三功率管的连接点连接所述第四相绕组，所述第五功率管和第六功率管的连接点连接所述第五相绕组，所述第八功率管和第九功率管的连接点连接所述第六相绕组，所述第一功率管和第二功率管的连接点与所述第十功率管和第十一功率管的连接点通过第一控制开关连接，所述第四功率管和第五功率管的连接点与所述第十功率管和第十一功率管的连接点通过第二控制开关连接，所述第七功率管和第八功率管的连接点与所述第十功率管和第十一功率管的连接点通过第三控制开关连接，所述第二功率管和第三功率管的连接点与所述第十一功率管和第十二功率管的连接点通过第四控制开关连接，所述第五功率管和第六功率管的连接点与所述第十一功率管和第十二功率管的连接点通过第五控制开关连接，所述第八功率管和第九功率管的连接点与所述第十一功率管和第十二功率管的连接点通过第六控制开关连接。

2.根据权利要求1所述的具有容错能力的六相四桥臂逆变电路，其特征在于，所述第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关、第五控制开关和第六控制开关均为双向晶闸管。

3.根据权利要求1或2所述的具有容错能力的六相四桥臂逆变电路，其特征在于，所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂的两端均设置有熔断器。

4.根据权利要求1或2所述的具有容错能力的六相四桥臂逆变电路，其特征在于，所述第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管、第五功率管、第六功率管、第七功率管、第八功率管、第九功率管、第十功率管、第十一功率管和第十二功率管均为IGBT，并且均反向并联有相应的二极管。