[发明专利]并联相桥开关的开关损耗降低的DC逆变器

说明书

本公开提供了“并联相桥开关的开关损耗降低的DC逆变器”。一种电气化车辆推进系统，其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。第一转换器桥具有第一相桥，所述第一相桥具有第一上部和下部开关装置，每个开关装置具有相应的栅极回路。第二转换器桥具有第二相桥，所述第二相桥具有第二上部和下部开关装置，每个开关装置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栅极驱动信号以用于导通和关断所述相应的开关装置。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与相应的栅极回路之间。每个栅极线圈分别感应地耦合到所述链路电感。

技术领域

本发明总体上涉及降低直流(DC)逆变器中的功率开关装置的开关损耗，其中该装置具有增强型共源极电感，并且更具体地涉及为并联功率开关装置提供单独的栅极驱动信号以用于可选择性地开关如由相电流的幅度确定的硬开关条件下的选定数量的装置以便优化总开关损耗。

背景技术

电气化车辆(诸如混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV))使用由逆变器驱动的电机来提供牵引扭矩。典型的电驱动系统包括通过接触器开关耦合到可变电压转换器(VVC)的DC电源(诸如电池组或燃料电池)以调节主DC链路电容器两端的主总线电压(main bus voltage)。逆变器连接在用于DC链路的主总线与牵引马达之间以便将DC电力转换为AC电力，该AC电力耦合到马达的绕组以推进车辆。发电机逆变器也可以连接到DC链路使得来自由内燃发动机驱动的发电机的AC电力可以将DC电力供应到链路上以用于对电池进行再充电和/或对牵引马达供电。

一个或多个逆变器和VVC包括以包括一个或多个相桥的桥配置连接的晶体管开关装置(诸如绝缘栅双极晶体管或IGBT)。典型配置包括由具有三个相桥的逆变器驱动的三相马达。电子控制器导通和关断开关以便将来自总线的DC电压逆变为施加到马达的AC电压。响应于包括电机的旋转位置和每个相中的电流的各种感测状态而控制逆变器。

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提供正弦电流输出的近似值以按期望速度和转矩驱动马达。施加脉冲宽度调制(PWM)控制信号以驱动IGBT的栅极以便根据需要导通和关断它们。在理想化的形式中，栅极驱动控制信号是方波信号，其使每个功率开关装置(例如，IGBT)在完全关断与完全导通(饱和)状态之间交替。在关断和导通期间，装置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到导通状态之后，通过装置输出的传导在几微秒内从零电流转变到最大电流。

共源极电感是指功率开关晶体管中的主功率回路(即，晶体管的漏极-源极或集电极-发射极功率输出)和栅极驱动器回路(即，栅极-源极或栅极-发射极)共享的电感。共源极电感携带装置输出电流(例如，漏极-源极电流)和栅极充电/放电电流。共源极电感(common source inductance)的输出(功率回路)部分中的电流以加强(例如，加速)开关性能的方式修改栅极电压。对于开关桥，可能期望缩短开关时间，因为它具有在开关转变期间消耗(即，损耗)的能量的相关降低。通过选择适当的布局和/或在PCB迹线中包括添加重叠线圈以形成到晶体管栅极或发射极的导电路径以便获得期望的共源极电感，可以容易地操纵(例如，增强)栅极回路电感和/或功率回路电感的幅度以及它们之间的互耦程度。

因为诸如IGBT等功率晶体管的载流容量(current-carrying capacity)可能小于期望的最大负载电流，所以用于电气化车辆的逆变器可能经常使用多个并联晶体管用于每个相桥的上部和/或下部以增加电流处理功能。通常，并联晶体管将基本相同(例如，相同的IGBT)。并联晶体管可以全部由相同的栅极驱动信号控制使得它们全部同时导通和关断。可选地，如美国专利8,766,702中所公开的，可以连续地开关晶体管，其中按照以导致开关损耗降低的方式调整开关瞬态的顺序开关具有不同特性(例如，不同的饱和电压和下降时间)的两个并联晶体管。