栅极驱动欠压检测的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明总体上涉及用于电气化车辆的逆变器驱动系统，并且，更具体地，涉及检测有关逆变器中相位开关的转换操作的故障。
[0002]电动车辆(比如混合动力电动车辆(HEV)和插电式混合动力电动车辆(PHEV))使用逆变器驱动的电机来提供牵引扭矩和再生制动扭矩。典型的电驱动系统包括DC电源(比如电池组或燃料电池)，DC电源通过接触开关耦接到可变电压转换器(VVC)以调节主链路电容器两端的主总线电压。第一逆变器在主总线和牵引马达之间被连接以推进车辆。第二逆变器在主总线和发电机之间被连接以在制动过程中再生能量来通过VVC给电池再充电。如本文所使用的，电机指的是马达或发电机。
[0003]逆变器包括在桥式配置中连接的晶体管开关(比如绝缘栅双极晶体管，或IGBT)。电子控制器打开和关闭开关是为了使来自总线的DC(直流)电压转化为应用到马达的AC(交流)电压，或使来自发电机的AC电压转化为在总线上的DC电压。在任一情况下，逆变器响应于包括电机的旋转位置的各种感测的条件而被控制。
[0004]用于马达的逆变器脉冲宽度调制DC链路电压以传送正弦电流输出的近似值来以期望的速度和扭矩驱动马达。应用于IGBT的栅极的PWM控制信号必要时打开和关闭它们以便产生的电流匹配期望的电流。IGBT和它们的反向恢复二极管具有关联开关损耗，开关损耗必须被最小化是为了限制效率损失和余热产生。
[0005]—个潜在的栅极驱动的问题涉及具有应用到IGBT的栅极的不足电压(即，欠压故障)。如果栅极驱动电压在打开时不足以完全地使IGBT饱和(sat)，则IGBT两端的电压降(vce)和电阻增加，导致功率损失和过热。
[0006]传统的系统监测供给电压以试图确保足够的电压应用到相位开关来达到饱和。检测欠压故障连同其它类型的故障而不需要复杂或昂贵的电路是可以期望的。
【发明内容】
[0007]在本发明的一个方面中，逆变器的栅极驱动故障被检测，逆变器包含具有绝缘栅(比如IGBT)的相位开关。互补晶体管对适合于接收供给电压和PWM信号以选择地给绝缘栅充电和放电。比较器将绝缘栅处的电压和表示栅极驱动故障的基准电压进行比较，以产生第一逻辑信号。当PWM信号具有对应于给绝缘栅充电的值时，锁存器采样第一逻辑信号。当锁存逻辑信号指示栅极驱动故障时，逻辑电路抑制绝缘栅的充电。小于基准电压的绝缘栅电压表示欠压故障以及IGBT或互补晶体管的其它设备故障。
[0008]根据本发明，提供一种在电气化车辆的逆变器中检测绝缘栅相位开关的栅极驱动故障的方法，包含:
[0009]将PWM信号耦接到互补晶体管对以在PWM信号的充电和放电阶段期间选择地给相位开关的绝缘栅分别充电和放电；
[0010]将在绝缘栅处的电压与表示栅极驱动故障的基准电压进行比较以产生第一逻辑信号；
[0011]在PWM信号的充电阶段期间，锁存第一逻辑信号一次；以及
[0012]在锁存逻辑信号指示栅极驱动故障之后抑制绝缘栅的充电。
[0013]根据本发明的一个实施例，其中栅极驱动故障是供给电压的欠压故障，并且其中基准电压配置为每当供给电压小于目标值的90 %时指示欠压故障。
[0014]根据本发明的一个实施例，其中栅极驱动故障包括绝缘栅的绝缘故障和互补晶体管对的传导故障。
[0015]根据本发明的一个实施例，其中锁存步骤通过PWM信号的下降沿触发。
[0016]根据本发明的一个实施例，进一步包含步骤:
[0017]将相位开关两端的电压与表示相位开关的导通状态的第二基准电压进行比较；
[0018]其中锁存步骤在导通状态被检测到时通过第二比较器触发。
[0019]根据本发明，提供一种欠压检测器，包含:
[0020]具有绝缘栅的逆变器相位开关；
[0021 ]使用供给电压来给栅极充电和放电的晶体管对；
[0022]当栅极电压小于基准电压时产生逻辑信号的比较器；
[0023]用于在栅极的充电过程中采样逻辑信号的锁存器；以及
[0024]当锁存逻辑信号指示栅极的欠压时抑制栅极的充电的逻辑电路。
【附图说明】
[0025]图1是示出具有脉冲宽度调制的逆变器的混合动力电动车辆的一个典型示例的示意性框图；
[0026]图2是具有欠压检测的传统的电路拓扑；
[0027]图3是示出了根据本发明的一个实施例用于检测栅极驱动故障的电路；
[0028]图4更详细地示出了逻辑电路；
[0029]图5示出了根据本发明的第二实施例用于检测栅极驱动故障的电路。
【具体实施方式】
[0030]参照图1，电动车辆驱动系统10包括DC电源11 (比如电池组或燃料电池)，DC电源11通过接触开关12和13耦接到输入电容器14。开关12和13优选是机械开关，该机械开关具有用于根据驱动系统10的驱动模式选择地将电池11耦接到输入电容器14的打开状态和关闭状态。
[0031]可变电压转换器(VVC) 15将输入电容器14耦接到主电容器16，主电容器16起到例如用于转换器17和19的链路电容器的作用。每个逆变器包括在桥式配置中的多个开关设备。在逆变器17中的开关以期望的方式被切换来驱动马达18。逆变器19被切换以从发电机20中再生能量到主电容器16上。
[0032]在逆变器17和19中的相位开关设备中的每个优选包含绝缘栅双极晶体管(IGBT)。每个IGBT优选包括反向并联二极管。逆变器17的第一桥臂21包括例如相位开关22。每个IGBT具有耦接到控制器23的各自的控制(即，栅极)端子，控制器23根据逆变器的各种操作模式通过本领域已知的PWM信号来控制开关。
[0033]图2显示了用于具有典型地用于IGBT开关控制的欠压(UV)检测的IGBT 22的传统栅极驱动电路25。栅极驱动电路25接收来自主控制器23的脉冲宽度调制(PWM)信号并通过互补配对的晶体管26和27放大PWM信号以通过栅极电阻器31选择地给IGBT22的绝缘栅30充电和放电，从而根据各自的PWM信号的充电和放电阶段打开和关闭IGBT 22。栅极驱动电路25包括隔离的电源供给，隔离的电源供给包含如所示连接以提供Vcc线路35和VEE线路36的变压器32和电容器33和34。栅极驱动电压通过监测电路37间接地被监测，监测电路37在比较器38中将在线路35上的供给电压与基准电压Vraf进行比较。供给电压％4皮耦接到比较器38的反相输入端和V 被耦接到同相输入端。基准电压V ref被优选设定为比供给电压的标称值(典型的标称值为15V)小约10%的值。每当Va低于V?f时，比较器38输出就