逆变器系统

技术领域

本案涉及一种逆变器系统，尤指一种具有多个隔离电压区的逆变器系统。

背景技术

在电动车或油电混合车中，多利用一高压电池组为电动马达进行供电，其中电动马达系用以驱动车轮。在高压电池组与电动马达之间设置有能量转换单元，例如牵引逆变器。图1为在牵引逆变器应用中的三相电压源逆变器的架构示意图。逆变器的功率级主要由直流侧电容和六个开关所组成。这些开关受控制电路所控制，控制电路所输出的信号经由隔离通道而被传输至栅极驱动缓冲级。车辆中的12V低压电池经由隔离式电源供应器而提供+15V的电压至栅极驱动缓冲级。此外，共有六个隔离式栅极驱动器分别为该六个开关进行供电。

须注意的是，低压电池及控制电路均位于低压区中，而高压电池组、功率级和栅极驱动缓冲级均位于高压区中。在高压区与低压区之间所进行的任何信号或电能传输均须进行隔离。

用以驱动开关的栅极电压将高度影响开关及传导性能。通常而言，栅极电压越高，则开关损耗及传导越低。然而，较高的栅极电压将导致在进行开关切换时产生较高的浪涌电压应力，同时产生较大程度的电磁干扰。因此，需要在不同的操作点(例如不同的接面温度、负载电流或直流侧电压)对应调整栅极电压。较为直接的做法是利用控制电路来获得可调整的栅极电压，其中控制电路中包含了所有逆变器的运行信息，例如接面温度、负载电流及直流侧电压等等。由于栅极驱动器和控制电路分别位于高压区及低压区，故在对六个栅极驱动器进行控制时需要六个信号隔离通道(如图2所示)。另一可行的方式是在高压区增设六个控制电路(如图3所示)，以分别控制六个栅极驱动器。然而，图2及图3所示的做法均会使成本显著增加。

因此，如何发展一种可改善上述现有技术的逆变器系统，实为目前迫切的需求。

发明内容

本案的目的在于提供一种逆变器系统。通过在供电单元与隔离式电源供应器之间设置一个电能调节器，即可使逆变器系统获得可调整的栅极驱动电压，且所需费用远低于现有技术中的做法。

为达上述目的，本案提供一种逆变器系统，具有相互隔离的第一电压区及第二电压区，且包含供电单元、控制器、电能调节器、隔离式电源供应器、驱动器及逆变器。供电单元位于第一电压区，并提供初始电能。控制器位于第一电压区，并产生电能控制信号。电能调节器位于第一电压区，并电连接于控制器及供电单元，以接收电能控制信号及初始电能，且电能调节器依据电能控制信号输出第一可调电能。隔离式电源供应器具有分别位于第一及第二电压区的初级部件及次级部件。初级部件电连接于电能调节器以接收第一可调电能，次级部件基于第一可调电能输出第二可调电能。驱动器位于第二电压区。驱动器电连接于隔离式电源供应器的次级部件，以接收第二可调电能，且驱动器依据第二可调电能输出可调驱动信号。逆变器位于第二电压区，并电连接于驱动器，以接收可调驱动信号，且逆变器受可调驱动信号控制而进行电能转换。

附图说明

图1、图2及图3为现有逆变器系统的电路架构示意图。

图4为本案优选实施例的逆变器系统的电路结构示意图。

图5示例性示出了图4中的驱动器的电路结构。

其中，附图标记说明如下：

1：逆变器系统

2：第一电压区

3：第二电压区

11：供电单元

12：控制器

13：电能调节器

14：隔离式电源供应器

141：初级部件

142：次级部件

15：驱动器

Q1：NPN型双极性晶体管

Q2：PNP型双极性晶体管

Ron：栅极导通电阻

Roff：栅极关断电阻

16：逆变器

161：开关

162：直流侧电容

17：电源

18：电动马达

19：隔离通道

具体实施方式

体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非架构于限制本案。

图4为本案优选实施例的逆变器系统的电路结构示意图。如图4所示，逆变器系统1具有相互隔离的第一电压区2及第二电压区3。优选地，第一电压区2及第二电压区3分别为低压区及高压区，但亦不以此为限。逆变器系统1包含供电单元11、控制器12、电能调节器13、隔离式电源供应器14、驱动器15及逆变器16。供电单元11、控制器12及电能调节器13位于第一电压区2。隔离式电源供应器14具有初级部件141及次级部件142，其中初级部件141及次级部件142分别位于第一及第二电压区2及3。驱动器15及逆变器16位于第二电压区3。

供电单元11架构于提供一初始电能，其中供电单元11可为例如但不限于低压电池。控制器12架构于产生电能控制信号。电能调节器13电连接于供电单元11及控制器12，以接收初始电能及电能控制信号。电能调节器13依据电能控制信号输出一第一可调电能。基于初始电能与第一可调电能之间的大小关系，电能调节器13可为降压转换器或升降压转换器。

隔离式电源供应器14的初级部件141电连接于电能调节器13，以接收第一可调电能，而隔离式电源供应器14的次级部件142依据第一可调电能输出第二可调电能。于一些实施例中，隔离式电源供应器14的初级部件141及次级部件142相互电磁耦合，以经由电磁耦合将第一可调电能转换为第二可调电能。隔离式电源供应器14可为隔离式变压器，但亦不以此为限。

驱动器15电连接于隔离式电源供应器14的次级部件142，以接收第二可调电能，且驱动器15依据第二可调电能输出可调驱动信号。具体而言，第二可调电能即为逆变器16中的开关的栅极驱动电压。

逆变器16电连接于驱动器15，以接收可调驱动信号，且逆变器16是受可调驱动信号控制而进行电能转换。逆变器16可为例如但不限于牵引逆变器(traction inverter)。

由于控制器12、电能调节器13及隔离式电源供应器14的初级部件141均位于第一电压区2中，故其相互之间无需隔离。再者，电能调节器13所输出的第一可调电能受控制器12所控制，且隔离式电源供应器14运行于开回路状态(即第一可调电能与第二可调电能之间的比值为固定)。据此，当电能调节器13所输出的第一可调电能改变时，第二可调电能(即栅极驱动电压)亦将随之改变。因此，仅通过于供电单元11与隔离式电源供应器14之间设置一个电能调节器13，即可使逆变器系统1获得可调整的栅极驱动电压，且其成本远低于现有技术中的做法。

于一些实施例中，如图5所示，驱动器15包含NPN型双极性晶体管(bipolarjunction transistor，BJT)Q1、PNP型双极性晶体管Q2、栅极导通电阻Ron及栅极关断电阻Roff。驱动栅极的供电电压可为例如但不限于+15V。

请再参阅图4。于一些实施例中，隔离式电源供应器14的次级部件142基于第一可调电能输出多个第二可调电能，驱动器15根据该多个第二可调电能分别输出多个可调驱动信号。逆变器16包含多个开关161(例如图4中所示的六个开关161)，且该多个开关161分别受该多个可调驱动信号所控制。须注意的是，第二可调电能及可调驱动信号的数量均与逆变器16所包含的开关161的数量相等。开关161可为例如但不限于绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)、金属氧化物半导体场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)、双极性晶体管、碳化硅晶体管(SiC transistor)或氮化镓晶体管(GaN transistor)。

于一些实施例中，逆变器系统1还包含位于第二电压区3的电源17及电动马达18。逆变器16电连接于电源17与电动马达18之间。逆变器16接收源自电源17的直流电能，并根据可调驱动信号将所接收的直流电能转换为交流电能，且逆变器16输出交流电能至电动马达18。电源17可为高压电池组，但亦不以此为限。于一些实施例中，逆变器16包含并联连接于电源17的直流侧电容162。

于一些实施例中，控制器12通过隔离通道19而传输开关控制信号至驱动器15，驱动器15根据第二可调电能及开关控制信号输出可调驱动信号。隔离通道19的数量和逆变器16所包含的开关161的数量相同。隔离通道19可通过设置信号隔离器而形成，但亦不以此为限。

综上所述，本案提供一种逆变器系统。通过在供电单元与隔离式电源供应器之间设置一个电能调节器，即可使逆变器系统获得可调整的栅极驱动电压，且所需费用远低于现有技术中的做法。

须注意，上述仅是为说明本案而提出的优选实施例，本案不限于所述的实施例，本案的范围由如附权利要求决定。且本案得由熟习此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护者。