專利名稱：能夠抑制過(guò)電流的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種負(fù)載驅(qū)動(dòng)器，具體而言涉及一種能夠抑制過(guò)電流的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
混合動(dòng)力車和電動(dòng)車作為環(huán)保型車，已引起人們的極大興趣。混合動(dòng)力車現(xiàn)已部分地商業(yè)化。
混合動(dòng)力車除了常規(guī)的發(fā)動(dòng)機(jī)之外，還具有作為其動(dòng)力源的DC(直流)電源、逆變器以及由逆變器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)。更具體地說(shuō)，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)以確保動(dòng)力源并且利用所述逆變器將來(lái)自DC電源的DC電壓變換為AC(交流)電壓以用于轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，從而也保障了動(dòng)力源。電動(dòng)車是指具有作為其動(dòng)力源的DC電源、逆變器和由逆變器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)的車輛。
關(guān)于混合動(dòng)力和電動(dòng)車，已提出了利用升壓變換器來(lái)升高來(lái)自所述電源的DC電壓，并將升高的DC電壓變換到用于驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)的AC電壓。
日本專利公開(kāi)2000-333465公開(kāi)了一種具有變換器的系統(tǒng)，其中所述變換器可變地改變到用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的逆變器的輸入電壓。根據(jù)到所述逆變器的輸入電壓和用于控制電機(jī)所需的電壓，電機(jī)的控制模式被從脈沖寬度調(diào)制控制模式(PWM控制模式)切換到矩形波控制模式。
然而，當(dāng)來(lái)自電源的DC電壓被升高并且然后被提供給所述逆變器時(shí)，如果在矩形波控制模式下驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)，則從電源得到的電流量將增加，導(dǎo)致產(chǎn)生過(guò)電流的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
由此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠抑制過(guò)電流的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器。
根據(jù)本發(fā)明，負(fù)載驅(qū)動(dòng)器包括逆變器、電壓變換器和控制裝置。逆變器驅(qū)動(dòng)負(fù)載。電壓變換器在電源和所述逆變器之間進(jìn)行電壓變換。當(dāng)所述負(fù)載的控制模式為矩形波控制模式時(shí)，在接收到由所述電壓變換器進(jìn)行升壓操作的指令后，控制裝置通過(guò)改變所述負(fù)載的控制模式來(lái)控制所述逆變器以驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載。
優(yōu)選地，所述控制裝置通過(guò)將所述控制模式改變?yōu)槊}沖寬度調(diào)制控制模式來(lái)控制所述逆變器以驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載。
優(yōu)選地，所述控制裝置通過(guò)進(jìn)一步抑制扭矩指令值的增加來(lái)控制所述逆變器以驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載。
利用本發(fā)明的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)發(fā)出了由所述電壓變換器進(jìn)行所述升壓操作的指令而所述負(fù)載的控制模式為所述矩形波控制模式時(shí)，所述控制裝置通過(guò)將所述控制模式改變?yōu)槌怂鼍匦尾刂颇Ｊ揭酝獾倪^(guò)調(diào)制控制模式或所述PWM控制模式來(lái)控制所述逆變器以驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載。
依據(jù)本發(fā)明，從所述電源得到電流量可被減小，并且流入所述負(fù)載驅(qū)動(dòng)器的過(guò)電流也能被抑制。
進(jìn)一步，依據(jù)本發(fā)明，負(fù)載驅(qū)動(dòng)器包括逆變器、電壓變換器和控制裝置。逆變器驅(qū)動(dòng)負(fù)載。電壓變換器在電源和所述逆變器之間進(jìn)行電壓變換。當(dāng)所述負(fù)載的控制模式為矩形波控制模式時(shí)，在接收到由所述電壓變換器進(jìn)行升壓操作的指令后，控制裝置通過(guò)抑制扭矩指令值的增加來(lái)控制所述逆變器以驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載。
利用本發(fā)明的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)發(fā)出了由所述電壓變換器進(jìn)行升壓操作的指令而所述負(fù)載的控制模式為所述矩形波控制模式時(shí)，所述控制裝置通過(guò)抑制所述扭矩指令值的增加來(lái)控制所述逆變器以驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載。
根據(jù)本發(fā)明，從所述電源得到電流量可被減小，并且流入所述負(fù)載驅(qū)動(dòng)器的過(guò)電流也能被抑制。
此外，根據(jù)本發(fā)明，負(fù)載驅(qū)動(dòng)器包括逆變器、電壓變換器和控制裝置。逆變器驅(qū)動(dòng)負(fù)載。電壓變換器在電源和所述逆變器之間進(jìn)行電壓變換。當(dāng)所述電壓變換器進(jìn)行升壓操作時(shí)，所述控制裝置以所述矩形波控制模式之外的控制模式控制所述逆變器以驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載。
利用本發(fā)明的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器，在所述電壓變換器進(jìn)行所述升壓操作時(shí)，所述控制裝置禁止所述負(fù)載在所述矩形波控制模式下被驅(qū)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，即使在從發(fā)出所述進(jìn)行升壓操作指令到升壓操作實(shí)際開(kāi)始的時(shí)段中發(fā)生延遲情況下，從電源得到電流量仍可被減小，并且流入負(fù)載驅(qū)動(dòng)器的過(guò)電流也能被抑制。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器的示意框圖；圖2是功能框圖，其示出了在圖1所示控制裝置的功能中與升壓變換器和逆變器的控制有關(guān)的功能；圖3是圖2所示的逆變器控制裝置的功能框圖；圖4是圖2所示的變換器控制裝置的功能框圖；圖5是示圖，其示出了逆變器輸出電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)之間的關(guān)系；圖6是電壓指令值、扭矩指令值和控制模式的時(shí)間圖；圖7是電壓指令值、扭矩指令值和控制模式的另一個(gè)時(shí)間圖；圖8是電壓指令值、扭矩指令值和控制模式的再一個(gè)時(shí)間圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。附圖中相同的組成部分由相同的字符表示，對(duì)其的描述在此將不再重復(fù)。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器的示意框圖。參照?qǐng)D1，本實(shí)施例的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器100包括DC電源B、系統(tǒng)繼電器SR1和SR2、電壓傳感器10和16、升壓變換器11、電容器12、逆變器20、電流傳感器24以及控制裝置30。
升壓變換器11包括電抗器L1、NPN晶體管Q1和Q2、以及二極管D1和D2。電抗器L1的一端連接到DC電源B的電源線，另一端連接到NPN晶體管Q1和Q2之間的中間點(diǎn)，即NPN晶體管Q1的發(fā)射極和NPN晶體管Q2的集電極之間的中間點(diǎn)。
NPN晶體管Q1和Q2串聯(lián)連接在逆變器20的電源線和地線之間。NPN晶體管Q1的集電極與電源線相連，其發(fā)射極與NPN晶體管Q2的集電極相連。NPN晶體管Q2的發(fā)射極與地線相連。
另外，在NPN晶體管Q1和Q2各自的集電極和發(fā)射極之間，提供了二極管D1和D2，用于使電流從各發(fā)射極流向各集電極。
逆變器20由U相臂21、V相臂22和W相臂23構(gòu)成。U相臂21、V相臂22和W相臂23被并聯(lián)地置于電源線和地線之間。
U相臂21由串聯(lián)連接的NPN晶體管Q3和Q4構(gòu)成，V相臂22由串聯(lián)連接的NPN晶體管Q5和Q6構(gòu)成、W相臂23由串聯(lián)連接的NPN晶體管Q7和Q8構(gòu)成。在NPN晶體管Q3-Q8各自的集電極和發(fā)射極之間連接有二極管D3-D8，用于使電流從各發(fā)射極流向各集電極。
每個(gè)相臂的中間點(diǎn)均連接到電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的每相線圈的端點(diǎn)。具體地，電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG為三相永磁電機(jī)，分別配置有U、V和W三相線圈。U相線圈的一端、V相線圈的一端和W相線圈的一端連接在共同中央連接點(diǎn)上，而U相線圈的另一端連接到NPN晶體管Q3和Q4之間的中間點(diǎn)，V相線圈的另一端連接到NPN晶體管Q5和Q6之間的中間點(diǎn)，且W相線圈的另一端連接到NPN晶體管Q7和Q8之間的中間點(diǎn)。
DC電源B由二次電池或可充電電池，例如，鎳氫電池或鋰電池構(gòu)成。DC電源B經(jīng)由系統(tǒng)繼電器SR1和SR2為升壓變換器11提供DC電壓。
響應(yīng)于來(lái)自控制裝置30的信號(hào)SE開(kāi)啟/關(guān)閉系統(tǒng)繼電器SR1和SR2。
電壓傳感器10檢測(cè)從DC電源B輸出的DC電壓Vb，并將檢測(cè)到的DC電壓Vb輸出到控制裝置30。
基于來(lái)自控制裝置30的信號(hào)PWMU，升壓變換器11升高從DC電源B輸出的DC電壓，并將升高的DC電壓提供給電容器12。進(jìn)一步，基于來(lái)自控制裝置30的信號(hào)PWMD，升壓變換器11降低從逆變器20提供的DC電壓，并將降低后的DC電壓提供給DC電源B。
電容器12平滑從升壓變換器11提供的DC電壓，并將平滑后的DC電壓提供給逆變器20。
電壓傳感器16檢測(cè)電容器12的端對(duì)端電壓，以將檢測(cè)到的電壓Vm輸出到控制裝置30。
基于來(lái)自控制裝置30的信號(hào)PWMI，逆變器20將經(jīng)由電容器12從升壓變換器11供給的DC電壓變換為AC電壓，以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG。進(jìn)一步，基于來(lái)自控制裝置30的信號(hào)PWMC，逆變器20將由電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG產(chǎn)生的AC電壓變換為DC電壓，以將得到的DC電壓經(jīng)由電容器12提供給升壓變換器11。
電流傳感器24檢測(cè)流經(jīng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的電機(jī)電流MCRT，以將檢測(cè)到的電機(jī)電流MCRT輸出到控制裝置30。
控制裝置30基于來(lái)自電壓傳感器10的DC電壓Vb、來(lái)自電壓傳感器16的電壓Vm以及來(lái)自設(shè)置在負(fù)載驅(qū)動(dòng)器100外部的ECU(電子控制單元)的電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)(電機(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)目)MRN和扭矩指令值TR，根據(jù)此后描述的方法，生成信號(hào)PWMU或信號(hào)PWMD，并將所產(chǎn)生的信號(hào)PWMU或PWMD輸出到升壓變換器11。
進(jìn)一步，控制裝置30基于來(lái)自電壓傳感器16的電壓Vm、來(lái)自電流傳感器24的電機(jī)電流MCRT以及來(lái)自外部ECU的扭矩指令值TR，根據(jù)此后描述的方法，生成信號(hào)PWMI或信號(hào)PMWC，并將所生成的信號(hào)PWMI或PMWC輸出到逆變器20。
信號(hào)PWMI是用于驅(qū)動(dòng)處于動(dòng)力模式，即電動(dòng)機(jī)模式的電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制信號(hào)，而信號(hào)PWMC是用于驅(qū)動(dòng)處于再生模式，即電力發(fā)電機(jī)模式的電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制信號(hào)。
在生成信號(hào)PWMI時(shí)，控制裝置30利用此后描述的方法確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式是否為脈沖寬度調(diào)制控制模式(下文稱為“PWM控制模式”)、過(guò)調(diào)制控制模式或矩形波控制模式。如果當(dāng)發(fā)出了由升壓變換器11進(jìn)行升壓操作的指令時(shí)，控制裝置30確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為矩形波控制模式，則控制裝置30通過(guò)將電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式切換為過(guò)調(diào)制控制模式或PWM控制模式來(lái)控制逆變器20以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG。
信號(hào)PWMI包括信號(hào)PWMI_P、信號(hào)PWMI_M和信號(hào)PWMI_K。信號(hào)PWMI_P是用于驅(qū)動(dòng)PWM控制模式下的電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制信號(hào)，信號(hào)PWMI_M是用于驅(qū)動(dòng)過(guò)調(diào)制控制模式下的電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制信號(hào)，以及信號(hào)PWMI_K是用于驅(qū)動(dòng)矩形波控制模式下的電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制信號(hào)。
因此，如果當(dāng)控制裝置30輸出信號(hào)PWMI_K到逆變器20時(shí)，發(fā)出由升壓變換器11進(jìn)行升壓操作的指令，則控制裝置30生成信號(hào)PWMI_P或信號(hào)PWMI_M并輸出所生成的信號(hào)到逆變器20。
進(jìn)一步，當(dāng)升壓變換器11進(jìn)行升壓操作時(shí)，控制裝置30禁止電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG在矩形波控制模式下被驅(qū)動(dòng)。換言之，當(dāng)升壓變換器11進(jìn)行升壓操作時(shí)，控制裝置30將信號(hào)PWMI_P或信號(hào)PWMI_M輸出到逆變器20，以控制逆變器20在PWM控制模式或過(guò)調(diào)制模式下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG。
圖2是功能框圖，其示出了在圖1所示的控制裝置30的功能中與升壓變換器11和逆變器20的控制有關(guān)的功能。參照?qǐng)D2，控制裝置30包括逆變器控制裝置301和變換器控制裝置302。逆變器控制裝置301基于扭矩指令值TR、電機(jī)電流MCRT和電壓Vm(對(duì)應(yīng)于到逆變器20的“逆變器輸入電壓”，此后相同)，根據(jù)此后描述的方法，產(chǎn)生信號(hào)PWMI或信號(hào)PWMC，以將產(chǎn)生的信號(hào)輸出到逆變器20的NPN晶體管Q3-Q8。
如果逆變器控制裝置301接收來(lái)自變換器控制裝置302的信號(hào)UP并確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為矩形波控制模式，逆變器控制裝置301產(chǎn)生信號(hào)PWMI_P或信號(hào)PWMI_M，以將產(chǎn)生的信號(hào)輸出到逆變器20的NPN晶體管Q3-Q8。
進(jìn)一步，無(wú)論電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為何，如果逆變器控制裝置301接收來(lái)自變換器控制裝置302的信號(hào)UP，逆變器控制裝置301產(chǎn)生信號(hào)PWMI_P或信號(hào)PWMI_M，以將產(chǎn)生的信號(hào)輸出到逆變器20的NPN晶體管Q3-Q8。
變換器控制裝置302基于扭矩指令值TR和電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN來(lái)確定是否發(fā)出由升壓變換器11進(jìn)行升壓操作的指令。
然后，如果變換器控制裝置302確定發(fā)出由升壓變換器11進(jìn)行升壓操作的指令，則變換器控制裝置302產(chǎn)生信號(hào)UP并將產(chǎn)生的信號(hào)輸出到逆變器控制裝置301。
進(jìn)一步，基于扭矩指令值TR、電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN、DC電壓Vb和電壓Vm，變換器控制裝置302根據(jù)此后描述的方法，產(chǎn)生信號(hào)PWMU或信號(hào)PWMD，以將產(chǎn)生的信號(hào)輸出到升壓變換器11的NPN晶體管Q1和Q2。
圖3是圖2所示的逆變器控制裝置301的功能框圖。參照?qǐng)D3，逆變器控制裝置301包括用于電機(jī)控制的相電壓計(jì)算單元(下文稱為相電壓計(jì)算單元)31，逆變器PWM信號(hào)變換單元32和電機(jī)控制單元36。
相電壓計(jì)算單元31接收來(lái)自電壓傳感器16的將被輸入到逆變器20的逆變器輸入電壓Vm，接收來(lái)自電流傳感器24的流經(jīng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG每一相的電機(jī)電流MCRT以及接收來(lái)自外部ECU的扭矩指令值TR。基于這些輸入信號(hào)，相電壓計(jì)算單元31計(jì)算將被應(yīng)用于電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG每相線圈的電壓Vac，以將得到的電壓Vac輸出到逆變器PWM信號(hào)變換單元32和電機(jī)控制單元36。
基于由相電壓計(jì)算單元31計(jì)算并提供的電壓Vac，逆變器PWM信號(hào)變換單元32產(chǎn)生用于實(shí)際開(kāi)啟/關(guān)閉逆變器20的NPN晶體管Q3-Q8的每一個(gè)的信號(hào)PWMI或信號(hào)PWMC，以將產(chǎn)生的信號(hào)PWMI或PWMC輸出到NPN晶體管Q3-Q8的每一個(gè)。
更具體地，逆變器PWM信號(hào)變換單元32接收來(lái)自電機(jī)控制單元36的信號(hào)EXC，以基于從相電壓計(jì)算單元31得到的電壓Vac產(chǎn)生信號(hào)PWMI_P或信號(hào)PWML_M，并將產(chǎn)生的信號(hào)輸出到NPN晶體管Q3-Q8。如果逆變器PWM信號(hào)變換單元32未接收來(lái)自電機(jī)控制單元36的信號(hào)EXC，那么逆變器PWM信號(hào)變換單元32基于由相電壓計(jì)算單元31計(jì)算并提供的電壓Vac，產(chǎn)生信號(hào)PWMI_P、信號(hào)PWMI_M和信號(hào)PWMI_K中的一個(gè)，并將產(chǎn)生的信號(hào)輸出到NPN晶體管Q3-Q8。
因此，控制NPN晶體管Q3-Q8的開(kāi)關(guān)，從而以電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG根據(jù)指令輸出扭矩的方式來(lái)控制流向電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的每一相的電流。這樣，可以控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流，并且根據(jù)扭矩指令值TR輸出電機(jī)扭矩。
如果電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為矩形波控制模式并且升壓變換器11正在進(jìn)行升壓操作，NPN晶體管Q3-Q8通過(guò)將控制模式切換為PWM控制模式或過(guò)調(diào)制控制模式來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG。
進(jìn)一步，當(dāng)升壓變換器11正在進(jìn)行升壓操作時(shí)，即使“電壓利用率”增加，NPN晶體管Q3-Q8也在PWM控制模式或過(guò)調(diào)制控制模式下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG。
電機(jī)控制單元36接收來(lái)自相電壓計(jì)算單元31的將應(yīng)用于電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的電壓Vac并接收來(lái)自電壓傳感器16的電壓Vm。然后，電機(jī)控制單元36通過(guò)將電壓Vac除以電壓Vm來(lái)計(jì)算電壓利用率k。
基于計(jì)算的電壓利用率k，電機(jī)控制單元36確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式是否為PWM控制模式、過(guò)調(diào)制控制模式或矩形波控制模式。
更具體地，如果電壓利用率k為0.61，則電機(jī)控制單元36確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為PWM控制模式。如果電壓利用率k為0.75，則電機(jī)控制單元36確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為過(guò)調(diào)制控制模式。如果電壓利用率k為0.78，則電機(jī)控制單元36確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為矩形波控制模式。
因此，如果當(dāng)接收到來(lái)自變換器控制裝置302的信號(hào)UP時(shí)，電機(jī)控制單元36確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為矩形波控制模式，則電機(jī)控制單元36產(chǎn)生信號(hào)EXC并將所產(chǎn)生的信號(hào)輸出到逆變器PWM信號(hào)變換單元32。如果電機(jī)控制單元36確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為PWM控制模式或過(guò)調(diào)制控制模式，則即使電機(jī)控制單元36接收到來(lái)自變換器控制裝置302的信號(hào)UP，其也不產(chǎn)生信號(hào)EXC。
進(jìn)一步，無(wú)論電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為何，如果電機(jī)控制單元36接收到來(lái)自變換器控制裝置302的信號(hào)UP，則其產(chǎn)生信號(hào)EXC以將產(chǎn)生的信號(hào)輸出到逆變器PWM信號(hào)變換單元32。
從扭矩指令值TR與電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN之間的關(guān)系來(lái)確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的工作模式是動(dòng)力(電動(dòng)機(jī))模式還是再生(電力發(fā)電機(jī))模式。在此假定直角坐標(biāo)系的水平或x軸指示電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN，其垂直或y軸指示扭矩指令值TR。那么，如果相關(guān)的扭矩指令值TR和電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN位于第一或第二象限，則電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的工作模式為動(dòng)力模式。如果相關(guān)的扭矩指令值TR和電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN位于第三或第四象限，則電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的工作模式為再生模式。
因此，如果逆變器控制裝置301接收到正的扭矩指令值TR，則其產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的信號(hào)PWMI(包括信號(hào)PWMI_P、信號(hào)PWMI_M和信號(hào)PWMI_K)，以將產(chǎn)生的信號(hào)輸出到NPN晶體管Q3-Q8，并且如果其接收到負(fù)的扭矩指令值TR，則其產(chǎn)生用于在再生模式下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的信號(hào)PWMC，以將產(chǎn)生的信號(hào)輸出到NPN晶體管Q3-Q8。
圖4是圖2所示的變換器控制裝置302的功能框圖。參照?qǐng)D4，變換器控制裝置302包括電壓指令計(jì)算單元33、變換器占空比計(jì)算單元34和變換器PWM信號(hào)變換單元35。
電壓指令計(jì)算單元33基于來(lái)自外部ECU的扭矩指令值TR和電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN，計(jì)算逆變器輸入電壓的最佳值(目標(biāo)值)，即升壓變換器11的電壓指令值Vdc_com。然后，電壓指令計(jì)算單元33基于計(jì)算得到的電壓指令值Vdc_com來(lái)確定是否發(fā)出由升壓變換器11進(jìn)行升壓操作的指令。
更具體地，電壓指令計(jì)算單元33確定計(jì)算得到的電壓指令值Vdc_com是否大于上一次計(jì)算得到的電壓指令值，以確定是否發(fā)出由升壓變換器11進(jìn)行升壓操作的指令。然后，如果電壓指令計(jì)算單元33確定發(fā)出由升壓變換器11進(jìn)行升壓操作的指令，電壓指令計(jì)算單元33產(chǎn)生信號(hào)UP，以將該信號(hào)輸出到逆變器控制裝置301并將計(jì)算得到的電壓指令值Vdc_com輸出到變換器占空比計(jì)算單元34。
基于來(lái)自電壓指令計(jì)算單元33的電壓指令值Vdc_com、來(lái)自電壓傳感器10的DC電壓Vb和來(lái)自電壓傳感器16的DC電壓Vm，變換器占空比計(jì)算單元34計(jì)算用于將電壓Vm設(shè)置為電壓指令值Vdc_com的占空比，并所述計(jì)算的占空比輸出到變換器PWM信號(hào)變換單元35。
變換器PWM信號(hào)變換單元35基于來(lái)自變換器占空比計(jì)算單元34的占空比產(chǎn)生用于開(kāi)啟/關(guān)閉升壓變換器11的NPN晶體管Q1和Q2的信號(hào)PWMU或信號(hào)PWMD，并將產(chǎn)生的信號(hào)PWMU或PWMD輸出到升壓變換器11的NPN晶體管Q1和Q2。
可增加升壓變換器11的NPN晶體管Q2(圖1中位置較下的一個(gè))的占空比，以增加電抗器L1的蓄電量，獲得較高的電壓輸出。相反，如果位于上方的NPN晶體管Q1的占空比增加，則電源線上的電壓降低。因此，通過(guò)控制NPN晶體管Q1和Q2的占空比，電源線上的電壓是可控的，從而使得電壓可被設(shè)置為至少為DC電源B的輸出電壓的任意電壓。
圖5示出了逆變器的輸出電壓Vac與電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)之間的關(guān)系。參照?qǐng)D5，逆變器20的輸出電壓Vac與電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN之間的關(guān)系可由曲線k1表示。對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN從0到MRN2的范圍，輸出電壓Vac正比于電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN增加，并且對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN至少為MRN2時(shí)，輸出電壓Vac為恒定。
曲線k1可被劃分為電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為0-MRN1的區(qū)域RGE1、電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為MRN1-MRN2的區(qū)域RGE2和電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)至少為MRN2的區(qū)域RGE3。
如果相關(guān)的輸出電壓Vac和電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN被包含于區(qū)域RGE1中，則電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為PWM控制模式。如果相關(guān)的輸出電壓Vac與電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN被包含于區(qū)域RGE2中，則電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為過(guò)調(diào)制控制模式。如果相關(guān)的輸出電壓Vac與電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN被包含于區(qū)域RGE3中，則電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為矩形波控制模式。
電機(jī)控制單元36利用等式Vac＝Vm×k，并變化電壓利用率k，例如使k為0.61、0.75和0.78，以計(jì)算輸出電壓Vac(Vac(0.61)，Vac(0.75)，Vac(0.78))。取值為0.61的電壓利用率k(k＝0.61)是電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為PWM控制模式時(shí)的電壓利用率。取值為0.75的電壓利用率k(k＝0.75)是電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為過(guò)調(diào)制控制模式時(shí)的電壓利用率。取值為0.78的電壓利用率k(k＝0.78)是電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為矩形波控制模式時(shí)的電壓利用率。然后，電機(jī)控制單元36確定三個(gè)計(jì)算得到的輸出電壓Vac中的哪一個(gè)與電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN相關(guān)，該關(guān)系呈現(xiàn)在曲線k1上。
如果相關(guān)的輸出電壓Vac(0.61)和電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN呈現(xiàn)在曲線k1上，即相關(guān)的輸出電壓Vac(0.61)和電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN位于區(qū)域RGN1中，電機(jī)控制單元36確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為PMW控制模式。如果相關(guān)的輸出電壓Vac(0.75)和電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN呈現(xiàn)在曲線k1上，即相關(guān)的輸出電壓Vac(0.75)和電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN位于區(qū)域RGN2中，電機(jī)控制單元36確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為過(guò)調(diào)制控制模式。如果相關(guān)的輸出電壓Vac(0.78)和電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN呈現(xiàn)在曲線k1上，即相關(guān)的輸出電壓Vac(0.78)和電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN位于區(qū)域RGN3中，電機(jī)控制單元36確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為矩形波控制模式。
電機(jī)控制單元36將曲線k1保存為映象(map)，并且參照該映象基于輸出電壓Vac和電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式。
因而，當(dāng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN變化時(shí)，電機(jī)控制單元36基于上述映象確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式。
圖6是電壓指令值Vdc_com、扭矩指令值TR和控制模式的時(shí)間圖。參照?qǐng)D6，對(duì)負(fù)載驅(qū)動(dòng)器100的工作進(jìn)行描述。
在升壓變換器11進(jìn)行升壓操作前，電壓指令值Vdc_com與DC電壓Vb相同，并且在PWM控制模式下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG。為了通過(guò)降低電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的電壓利用率來(lái)減小從DC電源B得到的電流量，適當(dāng)?shù)姆绞绞茄刂〞r(shí)(timing)t1和定時(shí)t4之間的直線k2增加電壓指令值Vdc_com。然而，考慮到效果，實(shí)際上，沿著定時(shí)t3和定時(shí)t4之間的直線k3增加電壓指令值Vdc_com。
在這種情況下，扭矩值TR在定時(shí)t2和定時(shí)t4之間線性地增加。進(jìn)一步，電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)從PWM控制模式、過(guò)調(diào)制控制模式和矩形波模式依次切換。
然后，在定時(shí)t3，此時(shí)在矩形波控制模式下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG，升壓變換器11開(kāi)始進(jìn)行升壓操作。在矩形波控制模式下，流向電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的電流被控制為與一個(gè)脈沖的上升與下降同步。因此，當(dāng)流向電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的電流在一個(gè)脈沖的上升沿被控制后，直到該脈沖隨后的下降沿來(lái)臨前，流向電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的電流都是不可控制的。所以，如果在矩形波控制模式下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG，從DC電源B得到的電流量將增加。這種趨勢(shì)在升壓變換器11進(jìn)行升壓操作時(shí)尤其明顯。因而過(guò)電流可能流入負(fù)載驅(qū)動(dòng)器100。
為了避免上述情況發(fā)生，在升壓變換器11從定時(shí)t3開(kāi)始進(jìn)行升壓操作而同時(shí)在矩形波控制模式下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG時(shí)，本發(fā)明通過(guò)將控制模式由矩形波控制模式切換為過(guò)調(diào)制或PWM控制模式來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG。
相比于矩形波控制模式，在過(guò)調(diào)制控制模式和PWM控制模式下，流向電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的電流被更頻繁地控制。因此，根據(jù)從升壓變換器11提供的電壓的電平，能夠控制流向電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的電流量。因此，從DC電源B得到的電流量減小，并且由此，流入負(fù)載驅(qū)動(dòng)器100的過(guò)電流可以被抑制。
優(yōu)選地，控制模式在定時(shí)t3被從矩形波控制模式切換為PWM控制模式。因此，相比于控制模式被切換為過(guò)調(diào)制控制模式的情形，從DC電源B得到的電流量可進(jìn)一步被減小，并且流入負(fù)載驅(qū)動(dòng)器100的過(guò)電流也可被進(jìn)一步抑制。
圖7是另一個(gè)電壓指令值Vdc_com、扭矩指令值TR和控制模式的時(shí)間圖。參照?qǐng)D7，如果在定時(shí)t3升壓變換器11開(kāi)始進(jìn)行升壓操作，且此時(shí)在矩形波控制模式下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG，那么電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式被切換到過(guò)調(diào)制或PWM控制模式，并且扭矩指令值TR的增加被抑制。
具體地，在定時(shí)t3及其之后，在接收到來(lái)自外部ECU的扭矩指令值TR時(shí)，通過(guò)以扭矩指令值TR的增加速率低于定時(shí)t3之前的扭矩指令值TR的增加速率的方式來(lái)確定所述扭矩指令值TR，變換器控制裝置302的電壓指令計(jì)算單元33計(jì)算電壓指令值Vdc_com。換言之，在定時(shí)t3及其之后，電壓指令計(jì)算單元33確定扭矩指令值TR從而使得扭矩指令值TR沿直線k4增加，以計(jì)算電壓指令值Vdc_com。
因而，在定時(shí)t3及其之后，在過(guò)調(diào)制或PWM控制模式下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG，以輸出扭矩指令值TR，并且TR的增加被抑制。
因此，從DC電源B得到的電流量被進(jìn)一步減小，并且流入負(fù)載驅(qū)動(dòng)器100的過(guò)電流被進(jìn)一步抑制。
扭矩指令值TR的增加被抑制的定時(shí)與控制模式被從矩形波控制模式切換為過(guò)調(diào)制或PWM控制模式的定時(shí)可能并不相同。
圖8是電壓指令值、扭矩指令值和控制模式的再一個(gè)時(shí)間圖。參照?qǐng)D8，如果在定時(shí)t3升壓變換器11開(kāi)始進(jìn)行升壓操作，且此時(shí)在矩形波控制模式下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG，那么扭矩指令值TR的增加被抑制。
具體地，在定時(shí)t3及其之后，在接收到來(lái)自外部ECU的扭矩指令值TR時(shí)，變換器控制裝置302的電壓指令計(jì)算單元33通過(guò)以扭矩指令值TR沿直線k4增加的方式確定扭矩指令值TR來(lái)計(jì)算電壓指令值Vdc_com。
在這種情況下，不切換電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式，且保持為矩形波控制模式。
因而，在定時(shí)t3及其之后，在矩形波控制模式下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG，以使得其輸出扭矩指令值TR，并且TR的增加被抑制。
從DC電源B得到電流量因而被減小，而且流入負(fù)載驅(qū)動(dòng)器100的過(guò)電流可被抑制。
正如上面討論的，如果發(fā)出由升壓變換器11進(jìn)行升壓操作的指令而電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為矩形波控制模式，那么控制裝置30通過(guò)如下方式控制逆變器20以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG(A)將電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式由矩形波控制模式切換為過(guò)調(diào)制或PWM控制模式；(B)將電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式由矩形波控制模式切換為過(guò)調(diào)制或PWM控制模式并且抑制扭矩指令值TR的增加；或者(C)抑制扭矩指令值TR的增加。
進(jìn)一步，如果發(fā)出由升壓變換器11進(jìn)行升壓操作的指令而電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為PWM或過(guò)調(diào)制控制模式，控制裝置30禁止電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式被切換為矩形波控制模式。具體地，當(dāng)發(fā)出由升壓變換器11進(jìn)行升壓操作的指令時(shí)，控制裝置30禁止信號(hào)PWMI_K輸出到逆變器20，并產(chǎn)生信號(hào)PWMI_P或PWMI_M以將產(chǎn)生的信號(hào)輸出到逆變器20。
當(dāng)升壓變換器11開(kāi)始進(jìn)行升壓操作而電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為PWM控制模式或過(guò)調(diào)制控制模式時(shí)，基于以下原因，禁止在矩形波控制模式下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG。
當(dāng)發(fā)出由升壓變換器11進(jìn)行升壓操作的指令時(shí)，控制裝置30基于扭矩指令值TR和電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN通過(guò)上述方法產(chǎn)生信號(hào)PWMU，并將產(chǎn)生的信號(hào)輸出到升壓變換器11的NPN晶體管Q1和Q2。然后，NPN晶體管Q1和Q2根據(jù)來(lái)自控制裝置30的信號(hào)PWMU進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，升壓變換器11由此開(kāi)始進(jìn)行升壓操作。
由上可見(jiàn)，在從發(fā)出由升壓變換器11進(jìn)行升壓操作的指令到升壓變換器11實(shí)際開(kāi)始進(jìn)行升壓操作的期間內(nèi)存在某個(gè)延遲。因此，在升壓變換器11實(shí)際開(kāi)始升壓操作的定時(shí)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式可能已經(jīng)被切換為矩形波控制模式了。
于是，當(dāng)發(fā)出由升壓變換器11進(jìn)行升壓操作的指令時(shí)，禁止在矩形波控制模式下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG。
需要指出的是，負(fù)載驅(qū)動(dòng)器100被安裝于混合動(dòng)力或電動(dòng)車上，以驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力或電動(dòng)車的車輪。
例如，如果負(fù)載驅(qū)動(dòng)器100被安裝于混合動(dòng)力車上，那么電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG包括兩個(gè)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG1和MG2。電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG1經(jīng)由動(dòng)力分割裝置連接到發(fā)動(dòng)機(jī)以起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并且利用發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)力產(chǎn)生電力。電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG2經(jīng)由動(dòng)力分割裝置連接到前(驅(qū)動(dòng))輪以驅(qū)動(dòng)前輪，并且利用前輪的旋轉(zhuǎn)力產(chǎn)生電力。
如果負(fù)載驅(qū)動(dòng)器100被安裝于電動(dòng)車上，則電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG被連接到前(驅(qū)動(dòng))輪上以驅(qū)動(dòng)前輪，并且利用前輪的旋轉(zhuǎn)力產(chǎn)生電力。
于是，當(dāng)混合動(dòng)力或電動(dòng)車行駛和停止時(shí)，負(fù)載驅(qū)動(dòng)器100的控制裝置30確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式。如果在發(fā)出由升壓變換器11進(jìn)行升壓操作的指令時(shí)所述確定的電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的控制模式為矩形波控制模式，則控制裝置30按照上述的方法(A)、(B)、(C)中的一種來(lái)控制逆變器20以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG。
這樣，流入安裝于混合動(dòng)力或電動(dòng)車上的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器100的過(guò)電流可以被抑制。
盡管上面描述了負(fù)載驅(qū)動(dòng)器100驅(qū)動(dòng)一個(gè)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的情況，但本發(fā)明的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器100亦可驅(qū)動(dòng)多個(gè)電動(dòng)發(fā)電機(jī)。在這種情況下，對(duì)應(yīng)于多個(gè)電動(dòng)發(fā)電機(jī)提供多個(gè)逆變器，并且這些逆變器并聯(lián)于電容器12的兩端。如果由升壓變換器11進(jìn)行升壓操作的指令發(fā)出時(shí)至少有一個(gè)電動(dòng)發(fā)電機(jī)被在矩形波控制模式下驅(qū)動(dòng)，則控制裝置30以利用上述方法(A)、(B)、(C)中的一種驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)電動(dòng)發(fā)電機(jī)的方式來(lái)控制所述多個(gè)逆變器。
這樣，流入所述用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器的過(guò)電流可以被抑制。
盡管本發(fā)明已被詳細(xì)描述和解釋，但明顯可知，上述描述和解釋僅作為說(shuō)明和例子，而非限定，本發(fā)明的精神和范圍僅被所附各項(xiàng)權(quán)利要求限制。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明應(yīng)用于能夠抑制過(guò)電流的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)載驅(qū)動(dòng)器，包括逆變器(20)，用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載(MG)；電壓變換器(11)，用于在電源(B)和所述逆變器(20)之間進(jìn)行電壓變換；以及控制裝置(30)，用于當(dāng)所述負(fù)載(MG)的控制模式為矩形波控制模式時(shí)，在接收到由所述電壓變換器(11)進(jìn)行升壓操作的指令后，通過(guò)改變所述負(fù)載(MG)的所述控制模式來(lái)控制所述逆變器(20)以驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載(MG)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器，其中，所述控制裝置(30)通過(guò)將所述控制模式改變?yōu)槊}沖寬度調(diào)制控制模式來(lái)控制所述逆變器(20)以驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載(MG)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器，其中，所述控制裝置(30)通過(guò)進(jìn)一步抑制扭矩指令值的增加來(lái)控制所述逆變器(20)以驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載(MG)。
4.一種負(fù)載驅(qū)動(dòng)器，包括逆變器(20)，用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載(MG)；電壓變換器(11)，用于在電源(B)和所述逆變器(20)之間進(jìn)行電壓變換；以及控制裝置(30)，用于當(dāng)所述負(fù)載(MG)的控制模式為矩形波控制模式時(shí)，在接收到由所述電壓變換器(11)進(jìn)行升壓操作的指令后，通過(guò)抑制扭矩指令值的增加來(lái)控制所述逆變器(20)以驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載(MG)。
5.一種負(fù)載驅(qū)動(dòng)器，包括逆變器(20)，用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載(MG)；電壓變換器(11)，用于在電源(B)和所述逆變器(20)之間進(jìn)行電壓變換；以及控制裝置(30)，用于當(dāng)所述電壓變換器(11)進(jìn)行升壓操作時(shí)，在除了矩形波控制模式以外的其它控制模式下控制所述逆變器(20)以驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載(MG)。
全文摘要
控制裝置(30)確定電動(dòng)發(fā)電機(jī)(MG)是否被控制于PWM控制模式、過(guò)調(diào)制控制模式或矩形波控制模式。如果當(dāng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)(MG)被控制于矩形波控制模式時(shí)發(fā)出由升壓變換器(11)進(jìn)行升壓操作的指令，則控制裝置(30)通過(guò)將控制模式切換為過(guò)調(diào)制控制模式或PWM控制模式來(lái)控制逆變器(20)以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)(MG)。進(jìn)一步，控制裝置(30)通過(guò)抑制扭矩指令值(TR)的增加來(lái)控制逆變器(20)以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)(MG)。
文檔編號(hào)B60K6/445GK1830134SQ20048002197
公開(kāi)日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2004年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月31日
發(fā)明者岡村賢樹, 山下貴史 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社, 株式會(huì)社電裝