控制在源與負(fù)載之間的電流制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及控制在源與負(fù)載之間的電流。公開(kāi)了一種用于控制在能量源與負(fù)載之間的電流的方法。切換模塊耦合于能量源與負(fù)載之間。切換模塊包括耦合到能量源的兩個(gè)輸入端子和耦合到負(fù)載的兩個(gè)輸出端子以及在輸入端子之一與輸出端子之一之間耦合的至少一個(gè)半導(dǎo)體切換元件。在能量源與負(fù)載之間測(cè)量電流的至少一個(gè)電流參數(shù)。在至少一個(gè)電流參數(shù)達(dá)到或者超過(guò)至少一個(gè)預(yù)定參數(shù)閾值時(shí)通過(guò)關(guān)斷切換元件來(lái)中斷在能量源與負(fù)載之間的電流。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種用于控制在能量源與負(fù)載之間的電流的方法，具體地涉及一種用于中斷和接通在能量源與負(fù)載之間的電流的方法。
技術(shù)介紹
在諸多應(yīng)用中(比如在具有轉(zhuǎn)換器控制的電機(jī)的傳動(dòng)系中)，在能量源(比如蓄電池或者電池)與負(fù)載之間的電流需要由開(kāi)關(guān)控制。這一類型的開(kāi)關(guān)常稱為主開(kāi)關(guān)或者主切換模塊。公知將主切換模塊實(shí)施為如下繼電器，該繼電器是電磁操作的機(jī)械開(kāi)關(guān)。 具體在應(yīng)用于功率電路中時(shí)存在針對(duì)主切換模塊的一些要求Ca)在正常操作條件下時(shí)，主切換模塊有望提供低損耗操作，即使在高電流時(shí)仍然如此；(b)主切換模塊必須允許安全電流中斷，即安全過(guò)載斷開(kāi)或者短路斷開(kāi)；(c)當(dāng)負(fù)載包括轉(zhuǎn)換器時(shí)，DC鏈路電容必須分別在接通功率電路或者傳動(dòng)系時(shí)被充電。主切換模塊應(yīng)當(dāng)被配置成在傳動(dòng)系正常操作(正常或者永恒操作而無(wú)故障)之前對(duì)DC鏈路電容預(yù)充電。繼電器無(wú)論它們是應(yīng)用于低功率還是高功率應(yīng)用中都具有若干缺點(diǎn)。作為機(jī)電開(kāi)關(guān)的繼電器包括具有固有慣性的移動(dòng)部分。這一固有慣性引起在向繼電器施加切換命令時(shí)的時(shí)間與在繼電器實(shí)際切換時(shí)的時(shí)間之間的延遲。當(dāng)短路在負(fù)載中出現(xiàn)時(shí)，短路電流的明顯增加可能在檢測(cè)到短路并且生成切換命令時(shí)的瞬間與在繼電器切換時(shí)的瞬間之間的延遲時(shí)間期間出現(xiàn)。然而存在其中短路電流的延遲中斷可能有害的應(yīng)用。關(guān)于短路安全繼電器(或者接觸器)的另一方面在于必須提供附加部件以便使它們電弧安全，從而致使那些繼電器非常昂貴、笨重并且相當(dāng)龐大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
以下呈現(xiàn)簡(jiǎn)化的
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
以便提供對(duì)本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)或者多個(gè)方面的基本理解。這一
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
并非廣泛概況而且并非旨在于標(biāo)識(shí)本公開(kāi)內(nèi)容的重要或者關(guān)鍵要素、也并非刻劃其范圍。相反，
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
的主要目的在于以簡(jiǎn)化的形式呈現(xiàn)一些概念作為稍后呈現(xiàn)的更詳細(xì)描述的前序。第一方面涉及一種用于控制在能量源與負(fù)載之間的電流的方法。根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)例子，該方法包括提供在能量源與負(fù)載之間連接的切換模塊。切換模塊具有耦合到能量源的至少兩個(gè)輸入端子和耦合到負(fù)載的至少兩個(gè)輸出端子。至少一個(gè)電子開(kāi)關(guān)耦合于輸入端子之一與輸出端子之一之間。當(dāng)至少一個(gè)電流參數(shù)達(dá)到或者超過(guò)至少一個(gè)預(yù)定參數(shù)閾值時(shí)，通過(guò)關(guān)斷電子開(kāi)關(guān)在能量源與負(fù)載之間中斷電流。另外，公開(kāi)一種用于接通在能量源與負(fù)載之間的電流的方法。根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)例子，該方法包括提供在能量源與負(fù)載之間連接的切換模塊。切換模塊具有耦合到能量源的至少兩個(gè)輸入端子和耦合到負(fù)載的至少兩個(gè)輸出端子。至少一個(gè)電子開(kāi)關(guān)耦合于輸入端子之一與輸出端子之一之間。測(cè)量在能量源與負(fù)載之間的電流的電流參數(shù)和在至少兩個(gè)輸出端子之間的電壓的電壓參數(shù)中的至少一個(gè)。在第一切換模式中操作該切換模塊，在該第一切換模式中至少一個(gè)半導(dǎo)體切換元件以脈沖方式在接通時(shí)段中接通而在關(guān)斷時(shí)段中關(guān)斷。隨后操作處于第二切換模式的切換模塊，以便至少一個(gè)半導(dǎo)體切換元件接通，使得它的接通時(shí)段的持續(xù)時(shí)間是在第一切換階段期間的接通時(shí)段的持續(xù)時(shí)間的至少十倍。以下描述和附圖詳細(xì)闡述本專利技術(shù)的某些說(shuō)明性方面和實(shí)施方式。這些表明其中可以采用該原理的各種方式中的僅少數(shù)方式。附圖說(shuō)明可以參照以下附圖和對(duì)應(yīng)描述來(lái)更好地理解本專利技術(shù)。圖中的部件未必按比例，反而著重于圖示本專利技術(shù)的原理。另外，在圖中相似參考標(biāo)號(hào)表示對(duì)應(yīng)部分。圖I圖不了如下電路的電路圖，該電路具有能量源、負(fù)載和具有電子開(kāi)關(guān)的切換模塊； 圖2圖了電路的負(fù)載的實(shí)施例的電路 圖3圖示了使用兩個(gè)晶體管來(lái)實(shí)施的切換模塊的電子開(kāi)關(guān)的實(shí)施例的電路 圖4圖示了另外包括兩個(gè)繼電器的圖3的主切換模塊的電路圖；并且 圖5通過(guò)時(shí)序圖的方式圖示了切換模塊的操作原理。具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將在具體背景(S卩如下傳動(dòng)系的背景，該傳動(dòng)系具有能量源(電流源)、切換模塊和負(fù)載)中說(shuō)明本專利技術(shù)的實(shí)施例。傳動(dòng)系可以是工廠中或者電廠中的靜止傳動(dòng)系。在這一情況下，能量源例如為電網(wǎng)。傳動(dòng)系也可以是移動(dòng)傳動(dòng)系(比如移動(dòng)車輛的傳動(dòng)系)。在這一情況下，能量源例如為蓄電池(比如鋰離子蓄電池)或者電池。然而本專利技術(shù)并不限于與動(dòng)力系結(jié)合使用而是可以用于其中將在能量源與負(fù)載之間切換電流的多個(gè)不同應(yīng)用中，具體用于其中將切換DC電流的那些應(yīng)用中。那些應(yīng)用的例子是具體類型的計(jì)算機(jī)服務(wù)器或者電信系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)。電信開(kāi)關(guān)通常接收由DC電壓源提供的48V的DC供電電壓，其中必須在系統(tǒng)中的故障出現(xiàn)時(shí)從開(kāi)關(guān)安全地?cái)嚅_(kāi)電壓源。在具體類型的計(jì)算機(jī)服務(wù)器中，約400V的DC供電電壓由電壓源提供。這一供電電壓提供給服務(wù)器的個(gè)別單元(板)而個(gè)別單元從主供電電壓生成它們的個(gè)別供電電壓12V、5V、3. 3V或者I. 2V。圖I圖示了電路100的第一實(shí)施例，該電路具有能量源200、負(fù)載400和在能量源200與負(fù)載400之間連接的切換模塊300。能量源200可以是具有電池220、蓄電池、超級(jí)電容等的能量模塊。能量源200可以包括由圖I中的電感210代表的固有寄生電感。負(fù)載400可以包括轉(zhuǎn)換器、電機(jī)，其中電機(jī)可以包括用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的電機(jī)。在以下中也將稱為主切換模塊的切換模塊300通常布置為物理上緊鄰能量源200，從而造成在能量源200與切換模塊300之間的相對(duì)短的接線/線路。然而在切換模塊300與負(fù)載400之間的負(fù)載連接線路可以具有數(shù)十厘米上至數(shù)米的明顯長(zhǎng)度并且因此具有明顯電感。在切換模塊300與負(fù)載400之間的連接線路的線路電感由圖I中的電感420代表。參照?qǐng)D示了負(fù)載400的實(shí)施例的圖2，負(fù)載可以包括由轉(zhuǎn)換器401驅(qū)動(dòng)的電機(jī)402，其中經(jīng)由切換模塊300和負(fù)載連接線路通過(guò)能量源200向轉(zhuǎn)換器401供電。DC鏈路電容器410可以分別連接于負(fù)載400 (見(jiàn)圖I)和轉(zhuǎn)換器401 (見(jiàn)圖2)的輸入端子之間。DC鏈路電容器410均衡由能量源200提供的供電電壓的電壓擺動(dòng)并且通過(guò)提供共同電壓電平將能量源200耦合到負(fù)載400。參照?qǐng)D1，切換模塊300包括用于將切換模塊300耦合到能量源200的輸入端子310,311以及用于將切換模塊耦合到負(fù)載的輸出端子312、313。切換模塊300還包括在輸入端子之一與輸出端子之一之間連接的切換元件340。在圖I中所圖示的實(shí)施例中，切換元件連接于第一輸入端子310與第一輸出端子312之間。然而，切換元件也可以連接于第二輸入端子311與第二輸出端子313之間(未示出)。切換元件是根據(jù)由控制電路350提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S340來(lái)接通和關(guān)斷的電子切換元件340。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，切換元件實(shí)施為半導(dǎo)體切換元件，比如MOSFET、IGBT或者BJT。切換模塊還包括電流測(cè)量器件330，其被配置成測(cè)量經(jīng)過(guò)切換模塊在能量源200與負(fù)載400之間流動(dòng)的電流I的至少一個(gè)參數(shù)并且配置成向控制電路350提供電流測(cè)量信號(hào)S330。電流測(cè)量信號(hào)代表由測(cè)量器件測(cè)量的至少一個(gè)電流參數(shù)。 續(xù)流元件360 (諸如二極管)連接于輸出端子312、313之間。選擇續(xù)流元件360的極性，使得續(xù)流元件能夠在切換模塊300的切換元件340關(guān)斷時(shí)導(dǎo)通在線路電感420中感應(yīng)的電流。可選地，輸出電容320連接于輸入端子310、311之間。輸入電容320用于補(bǔ)償由能量源的寄生電感210引起的電流和/或電壓瞬態(tài)。另外，可選電感370與寄生線路電感串聯(lián)連接。當(dāng)切換元件340接通(處于它的接通狀態(tài))時(shí)，在能量源200與負(fù)載400之間的電流I可以在本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
2011.03.15 US 13/048,3981.一種用于控制在能量源與負(fù)載之間的電流的方法，所述方法包括 提供在所述能量源與所述負(fù)載之間耦合的切換模塊，所述切換模塊包括耦合到所述能量源的兩個(gè)輸入端子和耦合到所述負(fù)載的兩個(gè)輸出端子以及在所述輸入端子之一與所述輸出端子之一之間耦合的半導(dǎo)體切換元件； 測(cè)量在所述能量源與所述負(fù)載之間的所述電流的至少一個(gè)電流參數(shù)；并且 當(dāng)所述至少一個(gè)電流參數(shù)達(dá)到或者超過(guò)至少一個(gè)預(yù)定參數(shù)閾值時(shí)，通過(guò)關(guān)斷所述半導(dǎo)體切換元件來(lái)中斷在所述能量源與所述負(fù)載之間的所述電流。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述切換模塊還包括 續(xù)流元件，連接于所述兩個(gè)輸出端子之間。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述切換模塊還包括 電流測(cè)量單元，配置成測(cè)量在所述能量源與所述負(fù)載之間的所述至少一個(gè)電流參數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述切換模塊還包括 控制單元，配置成基于所述電流測(cè)量單元測(cè)量的所述至少一個(gè)電流參數(shù)來(lái)控制所述半導(dǎo)體切換元件。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述切換模塊還包括 至少一個(gè)電感，耦合到所述切換模塊的至少一個(gè)輸出端子。6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述半導(dǎo)體切換元件包括至少一個(gè)晶體管，所述至少一個(gè)晶體管具有負(fù)載路徑和控制端子，所述負(fù)載路徑包括至少兩個(gè)負(fù)載端子，并且其中所述至少一個(gè)晶體管的所述負(fù)載路徑連接于所述切換模塊的一個(gè)輸入端子與一個(gè)輸出端子之間。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述半導(dǎo)體切換元件包括第一晶體管和第二晶體管，第一和第二晶體管的負(fù)載路徑串聯(lián)連接，并且其中所述第一晶體管的控制端子和所述第二晶體管的控制端子由所述控制端子控制。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中第一和第二晶體管為MOS型晶體管，每個(gè)所述晶體管的所述負(fù)載路徑包括漏極端子和源極端子。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中第一和第二晶體管具有相同導(dǎo)通類型，并且其中所述第一晶體管的所述源極端子耦合到所述第二晶體管的所述源極端子，或者其中所述第一晶體管的所述漏極端子耦合到所述第二晶體管的所述漏極端子。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中第一和第二晶體管具有互補(bǔ)導(dǎo)通類型，其中所述第一晶體管的所述源極端子耦合到所述第二晶體管的所述漏極端子，或者其中所述第一晶體管的所述漏極端子耦合到所述第二晶體管的所述源極端子。11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括 提供至少一個(gè)繼電器，所述繼電器連接于所述切換模塊的輸入端子與輸出端子之間。12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述至少一個(gè)電流參數(shù)是經(jīng)過(guò)所述切換模塊的所述電流的絕對(duì)值或者斜率。13.一種用于接通在能量源與負(fù)載之間的電流的方法，所述方法包括 提供在所述能量源與所述負(fù)載之間耦合的切換模塊，所述切換模塊包括耦合到所述能量源的兩個(gè)輸入端子和耦合到所述負(fù)載的兩個(gè)輸出端子以及在所述輸入端子之一與所述輸出端子之一之間耦合的至少一個(gè)半導(dǎo)體切換元件；在第一切換模式中操作所述切換模塊，在所述第一切換模式中所述至少一個(gè)半導(dǎo)體切換元件以脈沖方式在接通時(shí)段中接通而在關(guān)斷時(shí)段中關(guān)斷；并且 隨后在第二切換模式中操作所述切換模塊，在所述第二切換模式中所述至少一個(gè)半導(dǎo)體切換元件接通，使得它的接通時(shí)段的持續(xù)時(shí)間是在所述第一切換模式期間的所述接通時(shí)段的持續(xù)時(shí)間的至少十倍。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一切換模式具有固定時(shí)間段。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括 評(píng)估至少一個(gè)電參數(shù)并且根據(jù)所述至少一個(gè)電參數(shù)讓所述切換模塊進(jìn)入所述第二切換模式。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述至少一個(gè)電參數(shù)包括經(jīng)過(guò)所述切換模塊的電流的斜率。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述至少一個(gè)電參數(shù)包括從由以下組成的組中選擇的至少一個(gè)參數(shù)在所述切換模塊的所述兩個(gè)輸出端子之間的電壓；在所述切換模塊的所述兩...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：G德博伊，W勒斯勒，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：英飛凌科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：