[发明专利]具有降低的开关损耗和降低的电压尖峰的直流逆变器

说明书

电动车辆推进系统使用电流反馈来修改栅极驱动信号以抑制电压尖峰并提高开关效率。具有链路电容器和链路电感的DC链路连接到第一和第二转换器。第一转换器桥具有带第一上部和下部开关器件的第一相脚，每个开关器件具有相应的栅极回路。第二转换器桥具有带第二上部和下部开关器件的第二相脚，每个开关器件具有相应的栅极回路。多个栅极驱动器向相应的栅极回路提供用于导通和关断各个开关器件的栅极驱动信号。提供多个栅极线圈，其中每个栅极线圈串联连接在相应的栅极驱动器和相应的栅极回路之间。每个栅极线圈分别电感连接到链路电感。

技术领域

本发明大体涉及控制功率开关晶体管的开关转变，并且更具体地，涉及用于电动车辆中使用类型的功率逆变器的修改的栅极驱动信号，其中开关速度适应DC链路和逆变器之间的总电流。

背景技术

混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、以及电池电动车辆(BEV)等电动车辆使用逆变器驱动的电机提供牵引扭矩。典型的电驱动系统包括通过接触开关连接到可变电压转换器(VVC)的DC(直流)电源(例如电池组或燃料电池)，以调节跨越主DC链路电容两端的主母线电压。逆变器连接在DC链路的主母线和牵引马达之间，以将DC电力转换成连接到马达的绕组的AC(交流)电力以推动车辆。发电机逆变器也可连接到DC链路，使得来自由内燃发动机驱动的发电机的AC电力可将DC电力供应到链路上以对电池再充电和/或为牵引马达供电。

逆变器和VVC包括以具有一个或多个相脚的桥接配置连接的晶体管开关器件(例如绝缘栅双极晶体管，或称IGBT)。典型的配置包括由具有三个相脚的逆变器驱动的三相马达。电子控制器通断开关，以将来自母线的直流电压变频为施加到马达的交流电压。响应于包括电机的旋转位置和各相电流的各种感测条件而控制逆变器。

用于马达的逆变器可以优选地对DC链路电压进行脉冲宽度调制，以便于传递正弦电流输出的近似值，以所需的速度和扭矩来驱动马达。施加脉宽调制(PWM)控制信号以驱动IGBT的栅极，以便于根据需要使栅极通断。在理想化形式中，栅极驱动控制信号是将每个功率开关器件(例如IGBT)在完全关断和完全导通(饱和)状态之间切换的方波信号。在通断期间，器件需要时间来响应栅极驱动信号的变化。例如，在栅极驱动信号从关断状态转变为导通状态之后，通过器件输出的导通电流在几微秒内从零变化到最大电流。

功率半导体晶体管器件(例如IGBT)的最佳开关速度是在非常快的开关速度下毁坏器件的高应力和在较慢的开关速度下降低效率和增加功率损耗之间的平衡。特别地，当开关器件因其栅极驱动信号(V_GE)转变到其关断电压电平而关断时，器件两端的电压(V_CE)升高而器件输出电流(I_C)下降。由于转变，V_CE通常超过电源电压(例如DC链路电压)。为了防止由此产生的这些电压尖峰损坏开关器件，典型的设计采用了电压额定值远高于使用的供电电压的开关器件。

在具有连接到同一DC链路(例如VVC和逆变器或两个逆变器)的多于一个独立开关桥的电动车辆推进系统中，将发生两个不同开关器件同时关断的情况。由于电压过冲可以叠加，电压尖峰可能会更高。使用额定电压增加的开关器件来承受尖峰会导致零件成本、封装空间、和制造成本的不期望的增加。

发明内容

在本发明的一个方面中，电动车辆推进系统包括具有链路电容器和链路电感的DC链路。第一转换器桥具有带第一上部和下部开关器件的第一相脚，每个开关器件具有相应的栅极回路。第二转换器桥具有带第二上部和下部开关器件的第二相脚，每个开关器件具有相应的栅极回路。多个栅极驱动器向相应的栅极回路提供用于导通和关断相应的开关器件的栅极驱动信号。提供多个栅极线圈，其中每个栅极线圈串联连接在相应的栅极驱动器和相应的栅极回路之间，并且每个栅极线圈分别感应连接到链路电感。

根据本发明，提供一种电动车辆推进系统，包括：

具有链路电容器和链路电感的DC链路；