用于操作逆變器的系統(tǒng)和車輛的電力系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的示范性實施例大體上涉及用于改進(jìn)例如絕緣柵雙極晶體管（IGBT)逆變 器等電子裝置的功率處理能力的系統(tǒng)。此外，這樣的示范性實施例可涉及對IGBT逆變器的 溫度建模、監(jiān)測和使IGBT逆變器的溫度降低。
【背景技術(shù)】
[0002] 諸如例如機(jī)車等牽引車輛采用電牽引馬達(dá)用于驅(qū)動這些車輛的輪子。在這些車輛 的一些中，馬達(dá)是交流(AC)馬達(dá)，其速度和功率通過改變供應(yīng)給馬達(dá)的場繞組的AC電力的 頻率和電壓而控制。通常，電力在車輛系統(tǒng)中的某個點作為DC電力供應(yīng)并且其后由例如逆 變器等電路轉(zhuǎn)換成具有可控頻率和電壓幅度的AC電力，該電路包括例如IGBT等開關(guān)組。在 一些系統(tǒng)中，電力可源于耦合于逆變器的橋臂的電池組。
[0003] 在操作中，IGBT逆變器可經(jīng)歷脫飽和操作，其中IGBT逆變器處于或剛轉(zhuǎn)到"導(dǎo)通" 狀態(tài)，同時關(guān)聯(lián)的補(bǔ)充模塊(例如，IGBT、二極管或母線)或負(fù)載故障或代表短路。此外，IGBT 逆變器可經(jīng)歷低壓電力供應(yīng)超范圍狀況。
[0004] 解決脫飽和狀況的已知方法包括插入與外部電阻器Rg串聯(lián)的相對大的電阻。在 這些方法中，電流的減小率是非常緩慢的。從而，如果裝置使短路電流局限于第一水平，在 由增加的電阻提供的"軟切斷"期間，該第一水平可未下降到可接受的水平。電流減小的定 時可能也需要采用相對精確的方式控制來防止對IGBT裝置的損壞。檢測這些狀況并且對 它們作出響應(yīng)的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法是可取的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 簡短地，根據(jù)示范性實施例，提供有涉及絕緣柵雙極晶體管（IGBT)裝置在車輛中 的使用的控制系統(tǒng)和方法。示范性控制方法包括接收指示受影響的轉(zhuǎn)換器的IGBT裝置的 操作中的故障狀況的狀態(tài)信號。"受影響的"轉(zhuǎn)換器是具有關(guān)于其已經(jīng)生成指示故障狀況的 狀態(tài)信號的IGBT裝置的轉(zhuǎn)換器。示范性方法還包括發(fā)送將受影響的轉(zhuǎn)換器的所有IGBT關(guān) 斷的控制信號。示范性方法另外包括對IGBT中的每個接收指示IGBT中的每個是否成功關(guān) 斷的第二狀態(tài)信號。示范性方法進(jìn)一步包括取決于故障信號的持續(xù)時間生成故障狀況與飽 和狀況或電力供應(yīng)在指定范圍外有關(guān)的指示。
[0006] -個實施例涉及逆變器系統(tǒng)。示范性逆變器系統(tǒng)包括受影響的轉(zhuǎn)換器的絕緣柵雙 極晶體管（IGBT)。該示范性逆變器系統(tǒng)還包括接收指示受影響的轉(zhuǎn)換器的IGBT的操作中 的故障狀況的狀態(tài)信號的控制器。該控制器發(fā)送將受影響的轉(zhuǎn)換器的所有IGBT關(guān)斷的控 制信號。該控制器接收指示受影響的轉(zhuǎn)換器的IGBT是否成功關(guān)斷的第二狀態(tài)信號。該控 制器還取決于故障信號的持續(xù)時間生成故障狀況與飽和狀況或電力供應(yīng)在指定范圍外有 關(guān)的指不。
[0007] 另一個實施例涉及車輛的電力系統(tǒng)。示范性電力系統(tǒng)包括絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)轉(zhuǎn)換器，其包括多個IGBT。多個電子裝置由這些IGBT供電。該示范性電力系統(tǒng)還 包括接收指示IGBT轉(zhuǎn)換器的IGBT中的一個的操作中的故障狀況的狀態(tài)信號的控制器。該 控制器發(fā)送將IGBT轉(zhuǎn)換器的所有IGBT關(guān)斷的控制信號。該控制器接收指示IGBT中的每 個是否成功關(guān)斷的第二狀態(tài)信號。另外，該控制器取決于故障信號的持續(xù)時間生成故障狀 況與飽和狀況或電力供應(yīng)在指定范圍外有關(guān)的指示。
[0008] 在一個實施例中，逆變器系統(tǒng)包括與所述IGBT中的每個關(guān)聯(lián)的柵極驅(qū)動器，其將 所述狀態(tài)信號傳輸?shù)剿隹刂破鳌?br>[0009] 在一個實施例中，逆變器系統(tǒng)包括傳輸所述狀態(tài)信號的光通信鏈路和傳輸所述控 制信號的獨立的光通信鏈路，所述光通信鏈路位于關(guān)聯(lián)的柵極驅(qū)動器中。
[0010] 在一個實施例中，如果所述控制信號與所述狀態(tài)信號相同則指示所述故障狀況。
[0011] 在一個實施例中，所述控制器在接收指示所述故障狀況的所述狀態(tài)信號后的規(guī)定 時間執(zhí)行重設(shè)操作。
[0012] 在一個實施例中，導(dǎo)通控制信號的傳輸被延遲直到所述重設(shè)操作后的規(guī)定時間。
[0013] 在一個實施例中，導(dǎo)通控制信號的傳輸被延遲直到所述重設(shè)操作后的規(guī)定時間或 直到所述故障狀況已經(jīng)終止后，以較長的那個為準(zhǔn)。
[0014] 在一個實施例中，電力系統(tǒng)包括將所述狀態(tài)信號傳輸?shù)剿隹刂破鞯臇艠O驅(qū)動 器。
[0015] 在一個實施例中，電力系統(tǒng)包括傳輸所述狀態(tài)信號的光通信鏈路和傳輸所述控制 信號的獨立的光通信鏈路。
[0016] 在一個實施例中，如果所述控制信號與所述狀態(tài)信號相同則指示所述故障狀況。
[0017] 在一個實施例中，所述控制器在接收指示所述故障狀況的所述狀態(tài)信號后的規(guī)定 時間執(zhí)行重設(shè)操作。
[0018] 在一個實施例中，導(dǎo)通控制信號的傳輸被延遲直到所述重設(shè)操作后的規(guī)定時間。
【附圖說明】
[0019] 當(dāng)下列詳細(xì)描述參照附圖（其中類似的符號在整個附圖中代表類似的部件）閱讀 時，本發(fā)明的實施例的這些和其他特征、方面和優(yōu)勢將變得更好理解，其中：
[0020] 圖1是可采用根據(jù)示范性實施例的逆變器控制電路的柴油電機(jī)車的框圖；
[0021] 圖2是根據(jù)示范性實施例的電力系統(tǒng)的框圖；
[0022] 圖3是根據(jù)示范性實施例的IGBT逆變器的控制系統(tǒng)的框圖；
[0023] 圖4是根據(jù)示范性實施例的IGBT電路400的示意圖；
[0024] 圖5是在解釋圖4中示出的IGBT電路的操作中有用的曲線圖；
[0025] 圖6是在解釋脫飽和狀況中有用的曲線圖600 ;
[0026] 圖7是在解釋對脫飽和狀況的潛在響應(yīng)中有用的曲線圖；
[0027] 圖8是根據(jù)示范性實施例檢測脫飽和狀況的電路的示意圖；
[0028] 圖9是根據(jù)本技術(shù)的檢測脫飽和狀況的比較器電路；
[0029] 圖10是根據(jù)示范性實施例在解釋檢測脫飽和狀況的比較器電路的操作中有用的 曲線圖；
[0030] 圖11是根據(jù)實施例在解釋響應(yīng)于檢測到脫飽和狀況的軟關(guān)斷的性能中有用的曲 線圖；
[0031] 圖12是根據(jù)本技術(shù)的實施例在解釋脫飽和事件發(fā)生后IGBT裝置的保護(hù)中有用的 曲線圖；
[0032] 圖13是根據(jù)實施例的IGBT控制電路的示意圖；
[0033] 圖14是根據(jù)實施例在解釋導(dǎo)通IGBT的過程中有用的曲線圖；
[0034] 圖15是根據(jù)實施例在解釋關(guān)斷IGBT的過程中有用的曲線圖；
[0035] 圖16是根據(jù)實施例在解釋執(zhí)行脫飽和保護(hù)操作的過程中有用的曲線圖；
[0036] 圖17是根據(jù)實施例識別并且解決IGBT裝置中的脫飽和狀況的方法的過程流程 圖；以及
[0037] 圖18是根據(jù)實施例確定故障類型的方法。
【具體實施方式】
[0038] 圖1是可采用根據(jù)示范性實施例的逆變器控制電路的柴油電機(jī)車的框圖。采用簡 化的部分橫截視圖示出的機(jī)車一般由標(biāo)號100指代。在圖1中不可見的多個牽引馬達(dá)位于 驅(qū)動輪102后并且以驅(qū)動關(guān)系耦合于輪軸104。在圖1中不可見的多個輔助馬達(dá)位于機(jī)車 上的各種位點中，并且與像風(fēng)箱或散熱器扇的各種輔助負(fù)載耦合。這些馬達(dá)可是交流(AC) 電動機(jī)。如下文詳細(xì)解釋的，機(jī)車100可包括多個用于控制到馬達(dá)的電力的電逆變器電路。
[0039] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的電力系統(tǒng)的框圖。一般由標(biāo)號200指代的該 電力系統(tǒng)可用于控制到非公路車輛的AC電力，盡管在圖1應(yīng)用中示出的機(jī)車100中，采用 4-6個AC電動機(jī)，其每個由單獨逆變器控制。該電力系統(tǒng)200包括由例如柴油發(fā)動機(jī)等車 載內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(未示出)驅(qū)動的交流發(fā)電機(jī)202。該交流發(fā)電機(jī)202的功率輸出由場控制204 指示的場激發(fā)控制調(diào)節(jié)。來自交流發(fā)電機(jī)202的電力由整流器206整流，并且耦合于一個 或多個逆變器208。這些逆變器208可使用高功率IGBT來將DC電力轉(zhuǎn)換成AC電力，可使 用可變頻率和/或可變電壓幅度施加于一個或多個AC馬達(dá)210。
[0040] 再次參照圖1，電力電路至少部分位于設(shè)備隔間106中。逆變器208和場控制204 的控制電子器件以及其他電子部件可設(shè)置在電路板上，其保存在設(shè)備隔間106中的機(jī)架 中。在設(shè)備隔間106內(nèi)，在電力轉(zhuǎn)換中使用的高功率IGBT半導(dǎo)體裝置可安裝到空冷散熱裝 置 108。
[0041 ] 圖3是根據(jù)示范性實施例的IGBT逆變器的控制系統(tǒng)300的框圖。該控制系統(tǒng)300 包括處理器控制器302,其可經(jīng)由光纖通信鏈路連接到控制系統(tǒng)300的剩余部分。電池304 將電力輸送到升壓/降壓H橋306。如在圖3中示出的，電池可具有75-80伏dc的標(biāo)稱輸 出。該升壓/降壓H橋306提供處于25KHz的200v p-p的輸出給柵極驅(qū)動器308,其在圖 3中用虛線指示。該柵極驅(qū)動器308可用于驅(qū)動(通過示例）牽引逆變器、輔助逆變器或雙 H橋轉(zhuǎn)換器中的IGBT。
[0042] 柵極驅(qū)動器308包括隔離變壓器310,其接收來自升壓/降壓H橋306的輸出。該 隔離變壓器310將輸出輸送到正調(diào)節(jié)器312和負(fù)調(diào)節(jié)器314。該