逆变电路自举电容充电控制装置及方法

技术领域

本申请属于电容充电技术领域，特别是涉及一种逆变电路自举电容充电控制装置及方法。

背景技术

逆变电路是一种将直流电转换为交流电的电路，广泛应用于电力电子领域。在逆变电路中，经常使用自举电容为逆变电路的驱动电路提供电源，实现电路的正常运行。然而，现有的自举电容启动控制方法存在充电效率低、时间长等问题，同时启动控制方法对电源的瞬时带载能力要求极高。因此，设计一种逆变电路中自举电容启动控制充电的电路及方法对提高系统的性能及可靠性具有重要意义。

传统的逆变电路中自举电容启动控制充电的方法通常采用同时开启U、V、W三相下桥的IGBT，为上桥的自举电容充电，此方法对电源的瞬时带载能力要求极高，提高了电源的设计难度，增加成本；另一种方式是分别独立开U、V、W三相下桥的IGBT，为上桥的自举电容充电，这样会使充电效率低下，难以满足实际应用的需要。

发明内容

本申请的目的在于提供一种逆变电路自举电容充电控制装置及方法，用于解决现有技术不能在提高电源瞬时带载能力的要求情况下高效完成自举电容充电的技术问题。

第一方面，本申请提供一种逆变电路自举电容充电控制装置，所述装置包括：电源模块，信号生成模块、驱动模块、自举充电模块；所述自举充电模块与所述电源模块连接；所述自举充电模块包括三个并联连接的驱动电路；三个所述驱动电路包括U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路；所述信号生成模块与所述驱动模块连接，用于每隔一段时间依次发出U相、V相、W相驱动信号至所述驱动模块，以使所述驱动模块依次驱动所述U相驱动电路、所述V相驱动电路和所述W相驱动电路导通或关断；所述驱动模块分别与电源模块、所述自举充电模块连接，所述驱动模块用于驱动所述U相驱动电路、所述V相驱动电路和所述W相驱动电路导通或关断。

在第一方面的一种实现方式中，所述自举充电模块还连接负载，所述负载包括永磁同步电机；所述永磁同步电机包括三相绕组。

在第一方面的一种实现方式中，所述三相绕组分别为U相绕组、V相绕组和W相绕组，所述U相绕组与所述U相驱动电路连接，所述V相绕组与所述V相驱动电路连接，所述W相绕组与所述W相驱动电路连接。

在第一方面的一种实现方式中，每个所述驱动电路包括自举电路与桥臂电路；所述自举电路与所述电源模块、所述驱动模块连接；所述桥臂电路与所述电源模块、所述驱动模块、三相绕组连接。

在第一方面的一种实现方式中，所述自举电路包括第一储能电容、第二储能电容、限流电阻、自举二极管和自举电容；所述自举二极管阳极与所述限流电阻一端连接，所述自举二极管阴极与所述自举电容连接，所述自举电容的另一端与三相绕组中一个绕组连接，所述限流电阻的另一端与所述第一储能电容、所述电源模块连接，所述第一储能电容的一端与所述电源模块连接，另一端接地，所述第二储能电容并联于所述第一储能电容两端。

在第一方面的一种实现方式中，所述桥臂电路包括上桥臂电路和下桥臂电路，所述上桥臂电路和所述下桥臂电路各包括第一端、第二端和连接节点端，所述上桥臂的所述第一端与高压电池正极VDC+连接，所述上桥臂的所述第二端与所述驱动模块连接，所述上桥臂的所述连接节点端与所述下桥臂的所述连接节点端连接，所述下桥臂的所述第二端与所述驱动模块连接，所述连接节点端与所述三相绕组中一个绕组连接，所述下桥臂的所述第一端与所述电流采样电阻连接，所述电流采样电阻另一端与所述高压电池负极连接。

在第一方面的一种实现方式中，所述上桥臂电路包括第一功率开关管、第一电容、第一电阻与第二电阻；所述第一功率开关管的门极与所述第一电阻串联后与所述驱动模块连接，所述第一功率开关管的集电极为所述上桥臂的所述第一端且与高压电池正极连接，所述第一功率开关管的发射极为所述上桥臂的所述连接节点端；所述第一电容和所述第二电阻并联后分别与所述第一功率开关管的门极、所述第一功率开关管的发射极连接。

在第一方面的一种实现方式中，所述下桥臂电路包括第二功率开关管、第二电容、第三电阻与第四电阻；所述第二功率开关管的门极与所述第三电阻串联后与所述驱动模块连接，所述第二功率开关管的集电极为所述下桥臂的所述连接节点端，所述第二功率开关管的发射极为所述下桥臂的所述第一端且与所述电流采样电阻连接，所述电流采样电阻另一端与所述高压电池负极连接，所述第二电容和所述第四电阻并联后分别与所述第二功率开关管的门极、所述第二功率开关管的发射极连接。

第二方面，本申请提供一种逆变电路自举电容充电控制方法，所述方法应用于如第一方面所述的逆变电路自举电容充电控制装置，包括：每隔一段时间依次发出U相、V相、W相驱动信号以依次驱动U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路导通。

在第二方面的一种实现方式中，基于U相驱动信号以驱动U相驱动电路导通，所述U相驱动电路开始对所述U相驱动电路中的自举电容充电；在选定间隔时间段后基于V相驱动信号以驱动V相驱动电路导通，所述V相驱动电路开始对所述V相驱动电路中的自举电容充电；此时U相驱动电路和V相驱动电路中的自举电容在同时充电；在又一选定间隔时间段后基于W相驱动信号以驱动W相驱动电路导通，所述W相驱动电路开始对所述W相驱动电路中的自举电容充电；此时U相驱动电路、V相驱动电路与W相驱动电路中的自举电容在同时充电。

本申请所述的一种逆变电路自举电容充电控制装置及方法，具有以下有益效果：简单、高效，降低了对电源瞬时带载能力的要求，在确保自举电容能够迅速充满电的同时，提供稳定的输出电压。

附图说明

图1显示为本申请实施例所述的逆变电路自举电容充电控制装置的结构示意图。

图2显示为本申请实施例所述的U相驱动电路中的自举电路示意图。

图3显示为本申请实施例所述的U相驱动电路中的桥臂电路示意图。

图4显示为本申请实施例所述的U相驱动电路导通时自举电容的充电波形示意图。

图5显示为本申请实施例所述的V相驱动电路中的自举电路示意图。

图6显示为本申请实施例所述的V相驱动电路中的桥臂电路示意图。

图7显示为本申请实施例所述的U相、V相驱动电路同时导通时V相驱动电路中自举电容的充电波形示意图。

图8显示为本申请实施例所述的W相驱动电路中的自举电路示意图。

图9显示为本申请实施例所述的W相驱动电路中的桥臂电路示意图。

图10显示为本申请实施例所述的U相、V相、W相驱动电路导通时W相驱动电路中自举电容的充电波形示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

本申请以下实施例提供了一种逆变电路自举电容充电控制装置及方法，能够简单、高效，降低了对电源瞬时带载能力的要求，在确保自举电容能够迅速充满电的同时，提供稳定的输出电压。

以下将结合附图详细阐述本实施例的一种逆变电路自举电容充电控制装置及方法的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的逆变电路自举电容充电控制装置及方法。

如图1所示，本实施例提供一种逆变电路自举电容充电控制装置，包括电源模块1，自举充电模块2，信号生成模块3、驱动模块4。

所述自举充电模块2与所述电源模块1、所述驱动模块4连接；所述自举充电模块2包括三个并联连接的驱动电路；三个所述驱动电路包括U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路。

具体的，所述自举充电模块2还连接负载，所述负载包括永磁同步电机；所述永磁同步电机包括三相绕组。所述三相绕组分别为U相绕组、V相绕组和W相绕组，所述U相绕组与所述U相驱动电路连接，所述V相绕组与所述V相驱动电路连接，所述W相绕组与所述W相驱动电路连接。

所述信号生成模块3与所述驱动模块4连接，用于每隔一段时间依次发出U相、V相、W相驱动信号至所述驱动模块4，以使所述驱动模块4依次驱动所述U相驱动电路、所述V相驱动电路和所述W相驱动电路导通或关断；

具体的，信号生成模块3包括DSP芯片。

所述驱动模块4分别与电源模块1、所述自举充电模块2连接，所述驱动模块4用于驱动所述U相驱动电路、所述V相驱动电路和所述W相驱动电路导通或关断。

具体的，以U相驱动电路为例，驱动模块4包括驱动芯片U1，自举充电模块2为驱动芯片U1提供驱动电压，U1的1、2脚与DSP芯片连接，进而接受DSP芯片发出的U相驱动信号，所述驱动信号经U1放大后驱动U相驱动电路导通或关断。

具体的，在一实施例中，DSP芯片发出U相、V相、W相驱动信号的时间间隔为200ms。即DSP芯片发出U相驱动信号以使所述驱动模块驱动所述U相驱动电路导通200ms后，DSP芯片发出V相驱动信号以使所述驱动模块驱动所述V相驱动电路导通，此时U相驱动电路继续导通。当U相、V相驱动电路共同导通200ms后，DSP芯片发出W相驱动信号以使所述驱动模块驱动所述W相驱动电路导通200ms，此时，三相驱动电路共同导通。

具体的，如图1所示，U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路均包括自举电路与桥臂电路。

具体的，自举电路分别连接所述电源模块1与所述驱动模块4；所述桥臂电路分别连接所述电源模块1与所述驱动模块4。

以下以U相驱动电路为例，进一步阐述。

具体的，如图2所示，U相驱动电路中的自举电路包括：储能电容C1、储能电容C2、限流电阻R3、自举二极管D1和自举电容C3；所述D1阳极与所述R3一端连接，所述D1阴极与所述C3连接，C3另一端与U相绕组连接，R3的另一端与所述C1、HV-15V电源连接，所述C1的一端与HV-15V电源连接，另一端接地，C2并联于C1两端。

需要说明的是，电源模块1在C1和C2上储能。

具体的，U相驱动电路中的桥臂电路包括：上桥臂电路(以Q1为主)和下桥臂电路(以Q2为主)，所述上桥臂电路和所述下桥臂电路各包括第一端、第二端和连接节点端，所述上桥臂的所述第一端与高压电池正极VDC+连接，所述上桥臂的所述第二端与所述驱动模块4连接，所述上桥臂的所述连接节点端与所述下桥臂的所述连接节点端连接，所述下桥臂的所述第二端与所述驱动模块连接，所述连接节点端与U相绕组连接，所述下桥臂的所述第一端与所述电流采样电阻R1连接。

具体的，如图3所示，所述上桥臂电路包括功率开关管Q1、电容C4、电阻R4与电阻R6。Q1门极与R4串联后与U1的12脚连接，Q1集电极为所述上桥臂电路的所述第一端且与高压电池正极VDC+连接，Q1发射极为所述上桥臂的所述连接节点端且与U相绕组连接；所述C4和R6并联后分别与Q1门极、Q1发射极连接。

具体的，所述下桥臂电路包括功率开关管Q2、电容C5、电阻R5与电阻R7。Q2门极与R5串联后与U1的6脚连接，Q2集电极为所述下桥臂的所述连接节点端且与U相绕组连接，Q2发射极为所述下桥臂的所述第一端且与电流采样电阻R1连接，R1另一端与高压电池负极VDC-连接，电容C5和电阻R7并联后分别与Q2门极、Q2发射极连接。

具体的，U相驱动电路的充电过程为：

当DSP芯片发出U相驱动信号后，驱动芯片U1放大驱动信号后，驱动Q2导通，此时C3的U端电压被拉到高压电池负极VDC-，此时D1导通，电流流经限流电阻R3后，给自举电容C3充电；当Q2下桥IGBT关断，Q1上桥IGBT导通后，U端被拉到VDC+，自举电容C3的电压不能突变，15V-U电压被抬升为VDC+加15-U的电压，为上桥驱动芯片供电。此时V相、W相驱动电路中的自举电容也会被充电，但此时电流要流过电机绕组，电荷充的很慢。Q2导通时自举电容C3充电波形如图4所示。

需要说明的是，R4、R5、C4、C5是驱动参数，是调节Q1和Q2的开通关断时间以及吸收震荡尖峰。

图5显示的是V相驱动电路中自举电路的示意图。

其中，V相驱动电路中的自举电路包括：储能电容C6、储能电容C7、限流电阻R8、自举二极管D2和自举电容C8。具体的连接关系如图所示，在此不再赘述。

图6显示的是V相驱动电路中桥臂电路的示意图。

其中，V相驱动电路中的桥臂电路包括上桥臂电路(以Q3为主)和下桥臂电路(以Q4为主)，所述上桥臂电路和所述下桥臂电路各包括第一端、第二端和连接节点端，所述上桥臂的所述第一端与高压电池正极VDC+连接，所述上桥臂的所述第二端与所述驱动模块4连接，所述上桥臂的所述连接节点端与所述下桥臂的所述连接节点端连接，所述下桥臂的所述第二端与所述驱动模块连接，所述连接节点端与V相绕组连接连接，所述下桥臂的所述第一端与所述电流采样电阻R2连接。

具体的，如图6所示，所述上桥臂电路包括功率开关管Q3、电容C9、电阻R9与电阻R10。Q3门极与R9串联后与U1连接，Q3集电极为所述上桥臂电路的所述第一端且与高压电池正极VDC+连接，Q3发射极为所述上桥臂的所述连接节点端且与V相绕组连接；所述C9和R10并联后分别与Q3门极、Q3发射极连接。

具体的，所述下桥臂电路包括功率开关管Q4、电容C10、电阻R11与电阻R12。Q4门极与R11串联后与U1连接，Q4集电极为所述下桥臂的所述连接节点端且与V相绕组连接，Q4发射极为所述下桥臂的所述第一端且与电流采样电阻R2连接，R2另一端与高压电池负极VDC-连接，电容C10和电阻R11并联后分别与Q4门极、Q4发射极连接。

需要说明的是，桥臂电路与驱动模块的连接关系可参照U相驱动电路，应为本领域技术人员所能理解，在此不再赘述。

具体的，V相驱动电路的充电过程为：

当U相驱动电路充电满一定时间后(优选为200ms)，DSP芯片发出V相驱动信号，驱动芯片U1放大V相驱动信号，驱动Q4导通，V端会直接拉到VDC-，C8会被迅速充电，此时U、V均为VDC-，W也会被拉到VDC-，但电流会先流过W绕组，再分流到U绕组及V绕组，最后汇聚到VDC-，W驱动电路中的自举电容被充的很慢。Q2、Q4同时开时自举电容C8充电波形如图7所示。

需要说明的是，R9、R11、C9、C10是驱动参数，是调节Q3和Q4的开通关断时间以及吸收震荡尖峰。

图8显示的是W相驱动电路中自举电路的示意图。

其中，W相驱动电路中的自举电路包括：储能电容C11、储能电容C12、限流电阻R13、自举二极管D3和自举电容C13。具体的连接关系如图所示，在此不再赘述。

其中，W相驱动电路中的桥臂电路包括上桥臂电路(以Q5为主)和下桥臂电路(以Q6为主)，所述上桥臂电路和所述下桥臂电路各包括第一端、第二端和连接节点端，所述上桥臂的所述第一端与高压电池正极VDC+连接，所述上桥臂的所述第二端与所述驱动模块4连接，所述上桥臂的所述连接节点端与所述下桥臂的所述连接节点端连接，所述下桥臂的所述第二端与所述驱动模块连接，所述连接节点端与W相绕组连接连接，所述下桥臂的所述第一端与所述电流采样电阻R3连接。

具体的，如图9所示，所述上桥臂电路包括功率开关管Q5、电容C14、电阻R14与电阻R15。Q5门极与R14串联后与U1连接，Q5集电极为所述上桥臂电路的所述第一端且与高压电池正极VDC+连接，Q5发射极为所述上桥臂的所述连接节点端且与W相绕组连接；所述C14和R15并联后分别与Q5门极、Q5发射极连接。

具体的，所述下桥臂电路包括功率开关管Q6、电容C15、电阻R16与电阻R17。Q6门极与R16串联后与U1连接，Q6集电极为所述下桥臂的所述连接节点端且与W相绕组连接，Q6发射极为所述下桥臂的所述第一端且与电流采样电阻R3连接，R3另一端与高压电池负极VDC-连接，电容C15和电阻R17并联后分别与Q6门极、Q6发射极连接。

需要说明的是，桥臂电路与驱动模块的连接关系可参照U相驱动电路，应为本领域技术人员所能理解，在此不再赘述。

具体的，W相驱动电路的充电过程为：

当V相驱动电路充电满一定时间后(优选为200ms，此时U相驱动电路充电满400ms)，DSP芯片发出W相驱动信号，驱动芯片U1放大W相驱动信号，驱动Q6导通，W会直接拉到VDC-，C13会被迅速充电，三个上桥自举电容都在充电，直至达到设定自举电容充电时间后充电结束。Q2、Q4、Q6同时导通自举电容C13充电波形如图10所示。

需要说明的是，R14、R16、C14、C15是驱动参数，是调节Q5和Q6的开通关断时间以及吸收震荡尖峰。

本申请还提供一种逆变电路自举电容充电控制方法。所述逆变电路自举电容充电控制方法可以应用于本申请所述的逆变电路自举电容充电控制装置，但本申请所述的逆变电路自举电容充电控制方法的实现系统包括但不限于本实施例列举的逆变电路自举电容充电控制装置的结构，凡是根据本申请的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本申请的保护范围内。

本申请提供的逆变电路自举电容充电控制方法包括每隔一段时间依次发出U相、V相、W相驱动信号以依次驱动U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路导通。

具体的，基于U相驱动信号以驱动U相驱动电路导通，所述U相驱动电路开始对所述U相驱动电路中的自举电容充电；

在选定间隔时间段后基于V相驱动信号以驱动V相驱动电路导通，所述V相驱动电路开始对所述V相驱动电路中的自举电容充电；此时U相驱动电路和V相驱动电路中的自举电容在同时充电；

在又一选定间隔时间段后基于W相驱动信号以驱动W相驱动电路导通，所述W相驱动电路开始对所述W相驱动电路中的自举电容充电；此时U相驱动电路、V相驱动电路与W相驱动电路中的自举电容在同时充电。

优选的，间隔时间段为200ms。

上述各个附图对应的流程或结构的描述各有侧重，某个流程或结构中没有详述的部分，可以参见其他流程或结构的相关描述。

综上所述，本申请的逆变电路自举电容充电控制装置及方法，简单、高效，降低了对电源瞬时带载能力的要求，在确保自举电容能够迅速充满电的同时，提供稳定的输出电压。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。