CN209562231U - 车用逆变器的控制装置及车用逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种车用逆变器的控制装置及车用逆变器，涉及逆变器的技术领域，包括依次连接的电压转换模块、主动放电模块、主控芯片和备用电源逻辑模块；电压转换模块，用于将母线电压转换为指定电源电压；主控芯片，用于接收主动放电指令，并将主动放电指令发送至主动放电模块；主动放电模块，用于根据主动放电指令对指定电源电压进行泄放；备用电源逻辑模块，用于当主电源电压小于基准电压时，将指定电源电压传输至逆变器低压电源电路。本实用新型可以提高车用逆变器的可靠性和散热性，降低成本和故障率。

Description

车用逆变器的控制装置及车用逆变器

技术领域

本实用新型涉及逆变器的技术领域，尤其是涉及一种车用逆变器的控制装置及车用逆变器。

背景技术

电动汽车用逆变器，即电动汽车驱动电机控制器，其直流输入端连接动力电池的高压，需要大容量支撑电容稳定母线电压。整车停止工作后，逆变器断电，母线支撑电容仍存在高压及能量残余，需要采取被动放电或主动放电措施，将电容残余能量泄放掉。主动放电技术可在短时间内将母线电容电压下降到安全范围，防止高压安全故障的发生。备用电源是一种冗余设计，旨在提高电机控制器运行的可靠性；在蓄电池或DCDC工作出现故障时，无法为逆变器低压电源正常供电，这时备用电源切入，可使电机控制器持续工作。

常用的主动放电方式有三种。第一种是通过控制IGBT桥臂的开通关断，使电机绕组通电流，以阻态发热的方式消耗电容能量。此方法对控制要求较高，且易造成电机误工作，车辆抖动等问题。第二种是功率电阻与开关串联，然后并联在电容母线两端，通过控制开关调节占空比，使得电阻在一定功率范围内工作，消耗电容剩余能量。此方法缺点是电阻发热严重，散热问题不容易解决，可靠性不高。第三种是采用单相或多相IGBT 桥臂直通的方式，通常为上桥直通，下桥短时开关，通过IGBT的寄生电容充放电来消耗母线电容能量。此方法无需增加硬件电路，但会导致下桥IGBT经受较大的电流，以及过大的电压变化率和电流变化率，IGBT晶圆易损坏。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供车用逆变器的控制装置，可以提高车用逆变器的可靠性和散热性，降低成本和故障率。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种车用逆变器的控制装置，其中，

包括依次连接的电压转换模块、主动放电模块、主控芯片和备用电源逻辑模块；

所述电压转换模块，用于将母线电压转换为指定电源电压；

所述主控芯片，用于接收主动放电的判断条件，并发送主动放电指令到主动放电模块；

所述主动放电模块，用于根据所述主动放电指令对所述指定电源电压进行泄放；

所述备用电源逻辑模块，用于当主电源电压小于基准电压时，将所述指定电源电压传输至逆变器低压电源电路。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，

所述电压转换模块包括：正负极输入端、共模电感T1、变压器T2、电源控制芯片U1、电源控制MOS管Q1、防反二极管D1、滤波电感L1和稳压电容C1；

所述正负极输入端输入所述母线电压，所述正负极输入端的正极与所述共模电感T1的初级一端相连，所述正负极输入端的负极与所述共模电感 T1的次级一端相连，所述共模电感T1的初级另一端与所述变压器T2的初级一端相连，所述共模电感T1的次级另一端接地，所述变压器T2的初级另一端与所述电源控制MOS管Q1的漏极相连，所述变压器T2的次级一端与所述防反二极管D1的正极相连，所述变压器T2的次级另一端接地，所述电源控制MOS管Q1的栅极与所述电源控制芯片U1相连，所述电源控制MOS管Q1的源极接地，所述防反二极管D1的负极与所述滤波电感 L1的一端相连，所述滤波电感L1的另一端与所述稳压电容C1的正极相连，所述稳压电容C1的负极接地。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述电源控制芯片U1通过调节占空比控制所述稳压电容 C1输出所述指定电源电压。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述主动放电模块包括泄放控制芯片U2、泄放控制MOS 管Q2、泄放电阻矩阵；

所述泄放控制芯片U2与所述泄放控制MOS管Q2的栅极相连，所述泄放控制MOS管Q2的漏极与所述稳压电容C1的正极相连，所述泄放控制MOS管Q2的源极与所述泄放电阻矩阵的一端相连，所述泄放电阻矩阵的另一端接地。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述泄放控制芯片U2通过调节占空比输出放电控制信号。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述泄放电阻矩阵包括多个串并联结构的电阻，所述电阻阻值相同。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述备用电源逻辑模块包括备用电源开关MOS管Q3、备用电源控制逻辑电路、比较器U3和电源采样电路；

所述备用电源开关MOS管Q3的漏极与所述稳压电容C1的正极相连，所述备用电源开关MOS管Q3的栅极与所述备用电源控制逻辑电路的一端相连，所述备用电源开关MOS管Q3的源极与所述电源电路相连，所述备用电源控制逻辑电路的另一端与所述比较器U3的第一端相连，所述电源采样电路的一端与所述比较器U3的第二端相连，所述电源采样电路的另一端与所述电源电路相连，所述比较器U3的第三端接入所述基准电压。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述电源采样电路，用于采集所述主电源电压；

所述比较器U3，用于将所述主电源电压和所述基准电压进行比较，输出比较结果；

所述备用电源控制逻辑电路，用于在所述比较结果为所述主电源电压小于所述基准电压的情况下，发出备用电源控制信号；

所述备用电源开关MOS管Q3，用于根据所述备用电源控制信号闭合开关，向所述逆变器低压电源电路输出所述指定电源电压。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述指定电源电压为+12V。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种车用逆变器，包括上述实施例所述的车用逆变器的控制装置，还包括与所述车用逆变器的控制装置相连的母线电容；

所述母线电容，用于向所述车用逆变器的控制装置输入母线电压。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型提供的一种车用逆变器的控制装置及车用逆变器，包括依次连接的电压转换模块、主动放电模块、主控芯片和备用电源逻辑模块；电压转换模块，用于将母线电压转换为指定电源电压；主控芯片，用于接收主动放电指令，并将主动放电指令发送至主动放电模块；主动放电模块，用于根据主动放电指令对指定电源电压进行泄放；备用电源逻辑模块，用于当主电源电压小于基准电压时，将指定电源电压传输至逆变器低压电源电路。本实用新型可以提高车用逆变器的可靠性和散热性，降低成本和故障率。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的车用逆变器的控制装置示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的车用逆变器的控制装置电路原理图。

图标：

100-电压转换模块；200-主动放电模块；300-主控芯片；400-备用电源逻辑模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前电动汽车用逆变器，即电动汽车驱动电机控制器，其直流输入端连接动力电池的高压，需要大容量支撑电容稳定母线电压。整车停止工作后，逆变器断电，母线支撑电容仍存在高压及能量残余，需要采取被动放电或主动放电措施，将电容残余能量泄放掉。主动放电技术可在短时间内将母线电容电压下降到安全范围，防止高压安全故障的发生。备用电源是一种冗余设计，旨在提高电机控制器运行的可靠性；在蓄电池或DCDC工作出现故障时，无法为逆变器低压电源正常供电，这时备用电源切入，可使电机控制器持续工作。

常用的主动放电方式有三种。第一种是通过控制IGBT桥臂的开通关断，使电机绕组通电流，以阻态发热的方式消耗电容能量。此方法对控制要求较高，且易造成电机误工作，车辆抖动等问题。第二种是功率电阻与开关串联，然后并联在电容母线两端，通过控制开关调节占空比，使得电阻在一定功率范围内工作，消耗电容剩余能量。此方法缺点是电阻发热严重，散热问题不容易解决，可靠性不高。第三种是采用单相或多相IGBT 桥臂直通的方式，通常为上桥直通，下桥短时开关，通过IGBT的寄生电容充放电来消耗母线电容能量。此方法无需增加硬件电路，但会导致下桥 IGBT经受较大的电流，以及过大的电压变化率和电流变化率，IGBT晶圆易损坏。

基于此，本实用新型实施例提供的车用逆变器的控制装置及车用逆变器，可以提高车用逆变器的可靠性和散热性，降低成本和故障率。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种车用逆变器的控制装置进行详细介绍。

实施例一：

图1为本实用新型实施例一提供的一种车用逆变器的控制装置示意图。

参照图1，车用逆变器的控制装置主要包括依次连接的电压转换模块 100、主动放电模块200、主控芯片300和备用电源逻辑模块400。

电压转换模块100，用于将母线电压转换为指定电源电压。

其中，本实施例的指定电源电压可以为+12V。

进一步的，参照图2的电路原理图，电压转换模块100包括：正负极输入端、共模电感T1、变压器T2、电源控制芯片U1、电源控制MOS管 Q1、防反二极管D1、滤波电感L1和稳压电容C1。

正负极输入端输入母线电压，正负极输入端的正极与共模电感T1的初级一端相连，正负极输入端的负极与所述共模电感T1的次级一端相连，共模电感T1的初级另一端与变压器T2的初级一端相连，共模电感T1的次级另一端接地，变压器T2的初级另一端与电源控制MOS管Q1的漏极相连，变压器T2的次级一端与防反二极管D1的正极相连，变压器T2的次级另一端接地，电源控制MOS管Q1的栅极与电源控制芯片U1相连，电源控制MOS管Q1的源极接地，防反二极管D1的负极与滤波电感L1的一端相连，滤波电感L1的另一端与稳压电容C1的正极相连，稳压电容C1的负极接地。

进一步的，电源控制芯片U1通过调节占空比控制所述稳压电容C1输出所述指定电源电压。

具体的，电源控制芯片U1在接收主动放电指令后进行调节占空比，电源控制MOS管Q1根据占空比进行开通关断实现变压，其中D1用于防止电压反充，L1用于对+12V电压滤波，C1用于对+12V电压稳压。

主控芯片300，用于接收主动放电的判断条件，并将主动放电指令发送至主动放电模块200。

具体的，当逆变器断开高压后，主控芯片300接收逆变器发送的主动放电指令，将主动放电指令传输给主动泄放控制芯片U2和电源控制芯片U1，再根据电源采样电路反馈的信息，在需要打开备用电源开关的情况下将主动放电指令传输给备用电源控制逻辑电路。

主动放电模块200，用于根据主动放电指令对指定电源电压进行泄放。

进一步的，主动放电模块200包括泄放控制芯片U2、泄放控制MOS 管Q2、泄放电阻矩阵。

泄放控制芯片U2与泄放控制MOS管Q2的栅极相连，泄放控制MOS 管Q2的漏极与稳压电容C1的正极相连，泄放控制MOS管Q2的源极与泄放电阻矩阵的一端相连，泄放电阻矩阵的另一端接地。

进一步的，泄放控制芯片U2通过调节占空比输出放电控制信号。

泄放电阻矩阵包括多个串并联结构的电阻，电阻阻值相同。

具体的，泄放控制芯片U2在接收主动放电指令后进行调节占空比，泄放控制MOS管Q2根据放电控制信号进行开通关断以控制主动泄放的功率，最终将电压施加在泄放电阻矩阵两端，其中泄放电阻矩阵的阻值和功率等级根据泄放时间和功率来确定。

上述泄放电阻矩阵可以采用16个阻值为10-20欧姆，功率为1瓦特的电阻。在实际应用中，还可以采用其他形式的泄放电阻矩阵，在此不进行限制。

备用电源逻辑模块400，用于当主电源电压小于基准电压时，将指定电源电压传输至逆变器低压电源电路。

进一步的，备用电源逻辑模块400包括备用电源开关MOS管Q3、备用电源控制逻辑电路、比较器U3和电源采样电路。

备用电源开关MOS管Q3的漏极与稳压电容C1的正极相连，备用电源开关MOS管Q3的栅极与备用电源控制逻辑电路的一端相连，备用电源开关MOS管Q3的源极与电源电路相连，备用电源控制逻辑电路的另一端与比较器U3的第一端相连，电源采样电路的一端与比较器U3的第二端相连，电源采样电路的另一端与电源电路相连，比较器U3的第三端接入基准电压。

进一步的，电源采样电路，用于采集主电源电压；比较器U3，用于将主电源电压和基准电压进行比较，输出比较结果；备用电源控制逻辑电路，用于在比较结果为主电源电压小于基准电压的情况下，发出备用电源控制信号；备用电源开关MOS管Q3，用于根据备用电源控制信号闭合开关，向逆变器低压电源电路输出指定电源电压。

具体的，电源采样电路采集主电源电压并发送给比较器U3，比较器 U3将比较结果发送给备用电源控制逻辑电路，当主电源电压小于基准电压时，视为逆变器低压电源电路无法正常工作，并向备用电源开关MOS管 Q3发送备用电源控制信号，备用电源开关MOS管Q3闭合开关提供指定电源电压，以使逆变器继续正常工作。

实施例二：

基于上述实施例所提供的车用逆变器的控制装置，本实施例还提供了车用逆变器装置，其主要包括上述的车用逆变器的控制装置，还包括与车用逆变器的控制装置相连的母线电容。

母线电容，用于向车用逆变器的控制装置输入母线电压。

具体的，母线电容的正极与上述实施例中的正负极输入端的正极相连。母线电容的负极与正负极输入端的负极相连。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型提供的一种车用逆变器的控制装置及车用逆变器，包括依次连接的电压转换模块、主动放电模块、主控芯片和备用电源逻辑模块；电压转换模块，用于将母线电压转换为指定电源电压；主控芯片，用于接收主动放电指令，并将主动放电指令发送至主动放电模块；主动放电模块，用于根据主动放电指令对指定电源电压进行泄放；备用电源逻辑模块，用于当主电源电压小于基准电压时，将指定电源电压传输至逆变器低压电源电路。本实用新型可以提高车用逆变器的可靠性和散热性，降低成本和故障率。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

附图中的流程图和框图显示了根据本实用新型的多个实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和***的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种车用逆变器的控制装置，其特征在于，包括依次连接的电压转换模块、主动放电模块、主控芯片和备用电源逻辑模块；

所述电压转换模块，用于将母线电压转换为指定电源电压；

所述主控芯片，用于接收主动放电的判断条件，并发送主动放电指令到主动放电模块；

所述主动放电模块，用于根据所述主动放电指令对所述指定电源电压进行泄放；

所述备用电源逻辑模块，用于当主电源电压小于基准电压时，将所述指定电源电压传输至逆变器低压电源电路。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压转换模块包括：正负极输入端、共模电感T1、变压器T2、电源控制芯片U1、电源控制MOS管Q1、防反二极管D1、滤波电感L1和稳压电容C1；

所述正负极输入端输入所述母线电压，所述正负极输入端的正极与所述共模电感T1的初级一端相连，所述正负极输入端的负极与所述共模电感T1的次级一端相连，所述共模电感T1的初级另一端与所述变压器T2的初级一端相连，所述共模电感T1的次级另一端接地，所述变压器T2的初级另一端与所述电源控制MOS管Q1的漏极相连，所述变压器T2的次级一端与所述防反二极管D1的正极相连，所述变压器T2的次级另一端接地，所述电源控制MOS管Q1的栅极与所述电源控制芯片U1相连，所述电源控制MOS管Q1的源极接地，所述防反二极管D1的负极与所述滤波电感L1的一端相连，所述滤波电感L1的另一端与所述稳压电容C1的正极相连，所述稳压电容C1的负极接地。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电源控制芯片U1通过调节占空比控制所述稳压电容C1输出所述指定电源电压。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述主动放电模块包括泄放控制芯片U2、泄放控制MOS管Q2、泄放电阻矩阵；

所述泄放控制芯片U2与所述泄放控制MOS管Q2的栅极相连，所述泄放控制MOS管Q2的漏极与所述稳压电容C1的正极相连，所述泄放控制MOS管Q2的源极与所述泄放电阻矩阵的一端相连，所述泄放电阻矩阵的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述泄放控制芯片U2通过调节占空比输出放电控制信号。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述泄放电阻矩阵包括多个串并联结构的电阻，所述电阻阻值相同。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述备用电源逻辑模块包括备用电源开关MOS管Q3、备用电源控制逻辑电路、比较器U3和电源采样电路；

所述备用电源开关MOS管Q3的漏极与所述稳压电容C1的正极相连，所述备用电源开关MOS管Q3的栅极与所述备用电源控制逻辑电路的一端相连，所述备用电源开关MOS管Q3的源极与所述电源电路相连，所述备用电源控制逻辑电路的另一端与所述比较器U3的第一端相连，所述电源采样电路的一端与所述比较器U3的第二端相连，所述电源采样电路的另一端与所述电源电路相连，所述比较器U3的第三端接入所述基准电压。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电源采样电路，用于采集所述主电源电压；

所述比较器U3，用于将所述主电源电压和所述基准电压进行比较，输出比较结果；

所述备用电源控制逻辑电路，用于在所述比较结果为所述主电源电压小于所述基准电压的情况下，发出备用电源控制信号；

所述备用电源开关MOS管Q3，用于根据所述备用电源控制信号闭合开关，向所述逆变器低压电源电路输出所述指定电源电压。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述指定电源电压为+12V。

10.一种车用逆变器，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的车用逆变器的控制装置，还包括与所述车用逆变器的控制装置相连的母线电容；

所述母线电容，用于向所述车用逆变器的控制装置输入母线电压。