[发明专利]用于控制功率桥的方法、和相应控制装置、功率桥和旋转电机系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制功率桥的方法，该功率桥为单相或多相电负载供电，还涉及相应的控制装置。

本发明还涉及相关的功率桥以及其对旋转电机系统的应用，特别是用于机动车辆。

背景技术

由于环境保护的考虑，以大范围的功率水平和速度来制造的旋转电机当前越来越多地用于机动车辆工业。

它们在所有电动类型的车辆中以及在所谓的轻度混合动力和全混合动力类型的低CO₂排放车辆中应用。

轻度混合动力应用大致涉及约8至10KW的电机，例如，装配在热机的前表面上并通过传动带联接至热机的电马达。借助该类型的电马达，可以通过提供特别是在加速期间供应额外动力的电扭矩辅助而减少热机械化(“发电机缩小化”)的容积。此外，在低速下的牵引，例如在城市环境中，还可以通过该相同电马达被确保。

全混合动力类型的应用通常涉及用于串联和/或并联类型架构的30至50KW的马达，其具有将电马达(一个或多个)并入车辆的牵引链的更高发展水平。

这些电机是多相电机，其通过逆变器被车载电池供电，该逆变器使得可以产生不同的相电流。

最普遍使用的逆变器是具有两个水平的逆变器，即，它们由包括多个臂(通常每相一个臂)的功率桥构成，每个臂包括两个切换运行的功率半导体。每对的中点连接到旋转电机的一相。

功率半导体是双极晶体管，在该情况下，它们与续流二极管相关联，或者功率半导体是MOSFET类型的晶体管，其本征二极管允许电流沿两个方向循环。

这些半导体开关通过电子控制单元以互补的方式被控制，以便产生电机根据已知的脉宽调制(PWM)技术运行所需的相电压。

这些电机达到的高功率水平导致制造者尝试改善相关逆变器的性能，通过限制切换损失和传导损失。

在文献FR2895597中，提出了限制切换损失。为此目的，共模电压被调整，使得其中一个相电压被连接至地线或至+BAT，优先级给予通过较强电流的那个。由此，总是存在不切换的臂，这使得可以减小逆变器中的损失。

在PWM技术中，切换频率通常固定，而相电压的波形(例如正弦的)通过将占空比调节到取决于电机旋转速度的电频率而获得。

通常，电频率是几百赫兹。MOSFET的结点温度(反映损失)不跟随该瞬时变化，因为其被芯片-壳体-基板组件的热电容器滤波。

但是，在起动旋转电机的阶段中，或转子被阻挡时，电频率非常低，或为零。组件的热滤波不再操作：要被考虑的损失是瞬时损失，且不在中期。

发明内容

本发明的目的因此是最小化功率桥的臂中的瞬时损失，以便最大化低电频率时臂的散热极限内的可允许电流。

本发明的主题特别是一种用于控制功率桥的方法，该功率桥包括多个臂，每个臂包括串联的上和下半导体开关，所述上和下半导体开关设计为与共用电压源的第一和第二端子并联连接，每个臂的至少一个中点设计为分别连接至电负载的至少一相。

所述方法包括通过脉冲以互补的方式控制上和下半导体开关，该脉冲具有设定的占空比，该占空比根据以下确定：

-相对于电负载的参考端子的第一设定相电压；

-相对于第一或第二端子中的一个的共模电压，控制上和下半导体开关的切换损失。

根据本发明的方法区别在于，该共模电压被确定为在上和下半导体开关之间获得切换损失和传导损失的平衡。

根据本发明，该平衡有利地仅在调制设定的占空比的电频率等于或低于预定临界值时执行。

优选地，该共模电压另一方面被确定为，当电频率高于该预定临界值时，最小化切换损失。

根据本发明的用于控制功率桥的方法还区别在于，该平衡通过将平衡占空比RC'_i选择为基本验证以下等式而获得：

RC'₀*R_onH*Iph₀²+P_comm.＝(1–RC'₀)*R_onL*Iph₀²

其中，R_onH和R_onL分别是上和下半导体开关4的传导电阻20，P_comm.表示切换损失，Iph_i表示在极限内在相关相中循环的相强度，在该极限时，平衡占空比导致第一平衡相电压，其与第二平衡相电压相比的电流差，与第一设定相电压和第二设定相电压之间的初始差相同。