[发明专利]用于循环换流器的脉冲宽度调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电动车辆和混合动力电动车辆。特别地，本发明涉及由这种车辆用于提供辅助动力的辅助动力系统。

背景技术

本发明的受让人设计和开发了电动和混合电动车辆和在其中使用的动力系统。与动力系统有关的现有技术包括辅助动力系统的说明，其中用于行走轮驱动的主动力系统被分接以便为其它目的提供辅助动力。辅助动力系统可用于为通常在车辆内构建或伴随的其它电器，比如收音机、前灯、空调吹风机等提供电力。在其它时候，辅助电力系统可被要求来为经常“插入”到车辆中的电器，比如打火机和用于充电手机的电源组、膝上型计算机以及通常插入到打火机插座中的其它设备提供电力。在又其它时候，辅助电力系统可被要求来为通常与车辆不关联的电器，比如电动剃须刀或电子工具提供110V交流或直流电力，电子工具比如是电动锯、电动钻、电动研磨机、或各种在车辆用于露营或垂钓时使用的电器。

图1描绘了一个辅助动力系统，包括直流电源、高频逆变器3、高频变压器5和与负载连接的循环换流器7。高频逆变器3和循环换流器7内的开关由控制器1控制。控制这些开关的不同方式是已知系统和本发明的实施例之间的差异。

图2描绘了高频逆变器3(HF逆变器3)，耦合在来自直流电源的直流电压(V_DC)和高频变压器5(HF变压器5)之间。HF逆变器包括四个开关S1、S2、S3、S4。开关S1包括旁路二极管30和对应的有源开关元件20。类似地，开关S2、S3、S4包括旁路二极管32、34、36和对应的有源开关元件22、24、26。

开关S1的有源开关元件20能够从V_DC(+)向HF变压器传导电流或阻碍从V_DC(+)向HF变压器的电流传导，这取决于施加到有源开关元件20的控制信号。旁路二极管30能够从HF变压器向V_DC(+)传导电流，但是在另一方向不能。类似地，开关S3的有源开关元件24能够从V_DC(+)向HF变压器有选择地传导电流或阻碍从V_DC(+)向HF变压器的电流传导。旁路二极管34能够从HF变压器向V_DC(+)传导电流，但是在另一方向不能。

开关S2的有源开关元件22能够从HF变压器向V_DC(-)传导电流或阻碍从HF变压器向V_DC(-)的电流传导，这取决于施加到有源开关元件22的控制信号。旁路二极管32能够从V_DC(-)向HF变压器传导电流，但是在另一方向不能。类似地，开关S4的有源开关元件26能够从HF变压器向V_DC(-)有选择地传导电流或阻碍从HF变压器向V_DC(-)的电流传导。旁路二极管36能够从V_DC(-)向HF变压器传导电流，但是在另一方向不能。有源开关元件20、22、24、26通常包括绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)。尽管可以使用其它的开关技术。

在操作中，在3000和30000Hz之间选择HF逆变器的开关频率。HF逆变器将直流电源电压V_DC转换成方波电压脉冲，该脉冲穿过要在循环换流器7的A_BUS(即，与接线端A连接)和B_BUS(即，与接线端B连接)之间应用的HF变压器5。

图3示出了HF变压器5和循环换流器7。循环换流器7包括以桥接结构布置的四个开关对AU、BU、AV和BV。变压器5通过A_BUS和B_BUS(桥的A和B接线端)耦合到桥。负载侧滤波器包括电感器L、霍耳效应传感器H和电容器C。负载侧滤波器耦合在节点U和V之间的桥。

每个开关对包括两个开关。P拓扑开关和N拓扑开关。开关的三个字母指示中的最后一个字母指明开关是P拓扑开关还是N拓扑开关。P拓扑开关是处于接通状态以便允许电流经过电感器L从节点U流动到节点V的开关。从节点U到节点V的电流方向被认为是正的。(这便是术语P拓扑)

N拓扑开关是处于接通状态以便允许电流经过电感器L从节点V流动到节点U的开关。根据被采用的约定，从V到U的电流方向被认为是负的。(这便是术语N拓扑)

开关对AU连接到A_BUS并且包括开关AUP和AUN。开关对AV也连接到A_BUS并且包括开关AVP和AVN。开关对BU连接到B_BUS并且包括开关BUP和BUN。开关对BV也连接到B_BUS并且包括开关BVP和BVN。

控制器1控制每个开关对的两个开关元件来创建潜在的四个操作状态。开关对AU将用作为例子。当电流不能在任何一个方向从A_BUS经过开关对AU流动到电感器L时，AU是断开的。在断开状态，两个开关元件都阻碍电流流动，并且两个二极管以背对背的结构连接以阻碍任何一个方向的电流流动。在接通状态，两个开关元件都导通使得电流可在两个方向流经开关对AU。