[发明专利]使用阻抗匹配形成逆变器中的电容器模块电路的方法

说明书

技术领域

本公开一般涉及用于形成逆变器电路的方法。更特别地，本公开涉及形成用于驱动电动车的驱动电动机的逆变器中的电容器模块电路的方法。

背景技术

混合动力车通常是指通过高效地组合至少两种不同类型的动力源来驱动的车辆。在大多数情况下，混合动力车由通过燃烧燃料(例如，诸如汽油的化石燃料)而产生旋转力的发动机(例如内燃发动机)和采用电池的电力产生旋转力的电动机驱动。这样的示例性混合动力车典型地被称为混合电动车(HEV)。

混合动力车以电动车(EV)模式、混合电动车(HEV)模式或再生制动(RB)模式被驱动，其中电动车(EV)模式是指仅使用电动机(或驱动电动机)的动力的纯电动车模式，混合电动车(HEV)模式是使用发动机的旋转力作为主动力源并且使用驱动电动机的旋转力作为辅助动力源的辅助模式，在再生制动(RB)模式中，通过制动或在行驶期间通过惯性产生的车辆的制动能量或惯性能量通过驱动电动机的发电而得到回收并被充电到电池中。

混合动力车典型地包括在车辆运行期间反复充电和放电以供应驱动驱动电动机所需的电力的电池(例如，高压电池)，以及用于通过电池的电力使驱动电动机旋转的逆变器。

电池供应所需的电力并且在再生制动期间采用由驱动电动机产生的电力来充电，并且逆变器使从电池供应的电力的相位反转以使驱动电动机运转。

特别地，逆变器是用于使驱动电动机运转并且对电池进行充电的功率变换器。逆变器转换电池的电力以使驱动电动机运转用于电力辅助并且在再生制动期间转换电力以对电池进行充电。

图1是示出电池1、逆变器和驱动电动机2之间的示例性连接关系的示意图。如图1所示，逆变器包括电容器模块11、功率模块12、控制单元(未示出)和电流传感器13，其中电容器模块11包括与诸如EMI、EMC和电池耐久性的电磁波性能相关的多个电容器C，功率模块12包括用于功率转换的多个开关元件S(例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT))和多个二极管D(例如，续流二极管(free wheeling diode)，FWD)，控制单元用于控制电动机扭矩和速度，电流传感器13用于测量为控制所需的u相、v相和w相电流。

最近，随着功率开关元件的发展，元件的on/off开关速度适当地得到了提高，并且由于逆变器以及驱动电动机安装在车辆底盘上，所以在逆变器工作期间开关噪声遍布整个车辆，这影响了车辆控制单元并且还影响了车辆无线电接收性能。结果，用于减小噪声的各种方法已经得到研究。

由逆变器产生的开关噪声经由逆变器的安装托架并且经由驱动电动机传输到车辆底盘。

根据用于减小电磁开关噪声的现有技术方法，逆变器的电容器模块中的Y电容器的中性点被连接到车辆底盘以抑制开关噪声。

在逆变器中使用Y电容器的方法的一个实例中，其全部内容通过引用被结合在本文中的日本专利公开第2002-078352号公开了一种用于保护逆变器装置的方法，其中使用Y电容器来消除共模噪声。其全部内容通过引用被结合在本文中的日本专利公开第2001-045767号公开了一种逆变器装置，其中通过从Y电容器的AC中性点经由变压器的第二铁心向接地点馈送抵消电流(canceling current)来减小漏电流。其全部内容通过引用被结合在本文中的美国专利第7,561,389号涉及使用Y电容器来减小噪声的AC电压输出装置。

图2示出包括电容器模块11和作为开关噪声源的功率模块12的示例性逆变器，电容器模块11包括平滑电容器C3以及Y-电容器C1和C2。

优选地，使用Y电容器C1和C2以抑制开关噪声的逆变器中的电容器模块11具有以下功能。

电容器模块11具有通过吸收在逆变器工作期间产生的高波纹电流来抑制逆变器的DC输入端子的电压/电流的迅速变化的平滑功能(差模噪声抑制)。该平滑功能通过平滑电容器C3执行以允许逆变器正常工作，并且特别地，允许逆变器提高电池1的耐久性。

电容器模块11还抑制共模噪声，这是通过电容器模块11中的并联连接到平滑电容器C3的Y电容器C1和C2执行的。

由平滑电容器C3吸收的波纹电流是高电流(例如，大于50A)，其通过平滑电容器C3中的发热而被适当地消耗，并且与车辆底盘绝缘。

尽管在逆变器工作期间产生并且流过电容器模块11中的Y电容器C1和C2的开关噪声成分的电流是极低的电流(例如，小于1mA)，但是其包含高频成分，并且因此对逆变器和车辆的电磁波性能具有显著的影响。典型地，通过改变Y电容器的电容来将Y电容器的规格确定成具有从所准备的样品中展现出卓越电磁波性能的电容。