使用阻抗匹配形成逆变器中的电容器模块电路方法

1、(19)中民(12)发明专利(10)(45)公告号 CN 102044959 B公告日 2014.11.19(21)申请号201010170470.4(56)对比文件JP CN JPCN2001-45767 A,2001.02.16, 全文 .1465130 A,2003.12.31, 全文 .特开 2004-364345 A,2004.12.24, 全文. 101009150 A,2007.08.01, 全文 .(22)申请日2010.04.30(30)优先权数据10-2009-0101514 2009.10.26KR(73)专利权人 现代自动车株式会社地址 韩国首尔专利权人 起亚自动车株式

2、会社员汤玚(72)发明人李正允申东敏全禹勇张基永申相哲郑镇焕刘仁弼朱正弘(74)专利机构 北京尚诚知识产权公司 11322龙淳有限人(51)Int.Cl.H02M 1/44 (2007.01)权利要求书1页说明书7页附图4页(54) 发明名称使用阻抗匹配形成逆变器中的电容器模块电路的方法(57) 摘要本发明提供了形成包括 Y 电容器的电容器模块电路的方法，以抑制驱动电动车的电的逆变器中的开关噪声，该方法包括以下步骤 ：(a) 通过预先确定 Y 电容器的电容来形成电容器模块，并测量来自Y 电容器的实际电压或电流波形 ；(b)通过对电压或电流波形进行各频带的滤波来提取并分离各并且详细的频率成分，并

3、在各分离的频率成分处形成包括阻抗电阻器、电感器和电容器的并联等效电路 ；(c) 通过将经由顺序地改变并联等效电路中的各元件的值而获得的仿真波形与实际测量的电压或电流波形进行比较来确定各元件的值 ；和 (d) 当完成包括具有所确定的值的各元件的并联等效电路时，使用具有所确定的电容的 Y 电容器来形成实际的电容器模块。CN 102044959 B权利要求书CN 102044959 B1/1 页1. 一种用于形成包括Y 电容器的电容器模块电路的方法，以便抑制用于驱动电动车的驱动电的逆变器中的开关噪声，所述方法包括以下步骤 ：(a) 通过预先确定所述Y 电容器的电容来形成电容器模块电路，并测量来自所述

4、Y 电容器的实际电压或电流波形 ；(b) 通过对测量的所述实际电压或电流波形进行各频带的滤波来提取并分离各独立并且详细的频率成分，并在各分离的频率成分处形成包括阻抗电阻器、电感器和电容器的并联等效电路 ；(c) 通过将经由顺序地改变所述并联等效电路中的各元件的值即电阻、电感和电容而获得的波形与测量的所述实际电压或电流波形进行比较来确定各元件的值 ；以及(d) 当最终完成包括具有所确定的值的各元件的并联等效电路时，使用具有在所述步骤 (c) 中所确定的电容的所述 Y 电容器来形成实际的电容器模块电路。2. 如权利要求1 所述的方法，其中在所述步骤(d) 中，通过加入阻尼阻抗电路来形成所述电容器模

5、块电路，所述阻尼阻抗电路包括选自以下元件所组成的组的至少一个元件 ：与最终并联等效电路一致的阻抗电阻器和电感器。3. 如权利要求1 所述的方法，其中在所述步骤(b) 中，使用仅使特定频带的频率成分通过的带通滤波器来提取并分离各频率成分。4. 如权利要求1 所述的方法，其中在所述步骤(c) 中，所述波形是在改变各元件的值的各步骤中从所述并联等效电路获得的电压或电流波形，并且确定所述并联等效电路中的具有与测量的所述实际电压或电流波形相同的波形的各元件的值。22说明书CN 102044959 B1/7 页使用阻抗匹配形成逆变器中的电容器模块电路的方法技术领域0001本公开一般涉及用于形成逆变器电路的

6、方法。更特别地，本公开涉及形成用于驱动电动车的驱动电的逆变器中的电容器模块电路的方法。背景技术0002混合动力车通常是指通过高效地组合至少两种不同类型的动力源来驱动的车辆。在大多数情况下，混合动力车由通过燃烧( 例如，诸如的化石) 而产生旋转力的发( 例如内燃发) 和采用电池的电力产生旋转力的电驱动。这样的示例性混合动力车典型地被称为混合电动车 (HEV)。0003混合动力车以电动车 (EV) 模式、混合电动车 (HEV) 模式或再生制动 (RB) 模式被驱动，其中电动车 (EV) 模式是指仅使用电( 或驱动电) 的动力的纯电动车模式，混合电动车 (HEV) 模式是使用发的旋转力作为主动力源并

7、且使用驱动电的旋转力作为辅助动力源的辅助模式，在再生制动 (RB) 模式中，通过制动或在行驶期间通过惯性产生的车辆的制动能量或惯性能量通过驱动电的发电而得到回收并被充电到电池中。0004混合动力车典型地包括在车辆运行期间反复充电和放电以供应驱动驱动电所需的电力的电池( 例如，高压电池 )，以及用于通过电池的电力使驱动电器。旋转的逆变0005电池供应所需的电力并且在再生制动期间采用由驱动电产生的电力来充电，并且逆变器使从电池供应的电力的相位反转以使驱动电运转。0006特别地，逆变器是用于使驱动电运转并且对电池进行充电的功率变换器。逆变器转换电池的电力以使驱动电对电池进行充电。运转用于电力辅助并且

8、在再生制动期间转换电力以0007图 1 是示出电池 1、逆变器和驱动电1 所示，逆变器包括电容器模块 11、功率模块 122 之间的示例性连接关系的示意图。如图单元 ( 未示出 ) 和电流传感器 13，其中电容器模块 11 包括与诸如 EMI、EMC 和电池耐久性的电磁波性能相关的多个电容器C，功率模块 12 包括用于功率转换的多个开关元件 S( 例如，绝缘栅双极型晶体管 () 和多个二极管 D( 例如，续流二极管 (free wheeling diode)，FWD)单元用于电扭矩和速度，电流传感器 13 用于测量为所需的 u 相、v 相和 w 相电流。0008 最近，随着功率开关元件的发展，

9、元件的 on/off 开关速度适当地得到了提高，并且由于逆变器以及驱动电 安装在车辆底盘上，所以在逆变器工作期间开关噪声遍布整个车辆，这影响了车辆 单元并且还影响了车辆无线电接收性能。结果，用于减小噪声的各种方法已经得到研究。0009由逆变器产生的开关噪声经由逆变器的安装托架并且经由驱动电辆底盘。传输到车0010根据用于减小电磁开关噪声的现有技术方法，逆变器的电容器模块中的 Y 电容器的中性点被连接到车辆底盘以抑制开关噪声。33说明书CN 102044959 B2/7 页0011在逆变器中使用 Y 电容器的方法的一个实例中，其全部内容通过被结合在本文中的专利公开第 2002-078352 号公

10、开了一种用于保护逆变器装置的方法，其中使用 Y 电容器来消除共模噪声。其全部内容通过被结合在本文中的专利公开第2001-045767 号公开了一种逆变器装置，其中通过从 Y 电容器的 AC 中性点经由变压器的第二铁心向接地点馈送抵消电流 (canceling current) 来减小漏电流。其全部内容通过被结合在本文中的美国专利第 7,561,389 号涉及使用 Y 电容器来减小噪声的 AC 电压输出装置。0012图 2 示出包括电容器模块 11 和作为开关噪声源的功率模块 12 的示例性逆变器， 电容器模块 11 包括平滑电容器 C3 以及 Y- 电容器 C1 和 C2。0013优选地，使用

11、 Y 电容器 C1 和 C2 以抑制开关噪声的逆变器中的电容器模块 11 具有以下功能。0014电容器模块 11 具有通过吸收在逆变器工作期间产生的高波纹电流来抑制逆变器的DC 输入端子的电压/ 电流的迅速变化的平滑功能( 差模噪声抑制)。该平滑功能通过平滑电容器 C3 执行以逆变器正常工作，并且特别地逆变器提高电池 1 的耐久性。0015 电容器模块 11 还抑制共模噪声，这是通过电容器模块 11 中的并联连接到平滑电容器 C3 的 Y 电容器 C1 和 C2 执行的。0016 由平滑电容器 C3 吸收的波纹电流是高电流( 例如，大于 50A)，其通过平滑电容器 C3 中的发热而被适当地消耗

12、，并且与车辆底盘绝缘。0017 尽管在逆变器工作期间产生并且流过电容器模块 11 中的 Y 电容器 C1 和 C2 的开关噪声成分的电流是极低的电流( 例如，小于 1mA)，但是其包含高频成分，并且因此对逆变器和车辆的电磁波性能具有显著的影响。典型地，通过改变 Y 电容器的电容来将 Y 电容器的规格确定成具有从所准备的样品中展现出卓越电磁波性能的电容。0018然而，Y 电容器 C1 和 C2 的电容是通过实验方法确定的，而不是通过分析和方法确定的。因此，这导致人力和时间的相当大的损失，并且招致相当大的成本来准备样品。此外，在逆变器工作期间产生的开关噪声可以传输到驱动电2，并且传输到驱0019动

13、电2 的开关噪声被传递到车辆底盘，由此引起由于开关噪声而产生的问题。然而，还没有出现传输到驱动电2 的开关噪声的解决方案。0020因此，在本领域中仍然存在着对用于驱动电动车的驱动电器模块电路的需求。的逆变器中的电容0021本背景技术部分中公开的上述信息只是为了增强对本发明的背景的理解，并且因此可能包含不在该国对本领域普通技术而言已知的现有技术的信息。发明内容0022本发明的特征在于形成用于驱动电动车的驱动电的逆变器中的电容器模块电路的方法，其可以有效地减小在逆变器工作期间产生的开关噪声。本发明在优选实施例中可以特别地解决现有技术方法的需要相当大的成本和人力的问题。0023在优选实施例中，本发明

14、提供了一种用于形成包括 Y 电容器的电容器模块电路的方法以抑制用于驱动电动车的驱动电的逆变器中的开关噪声，该方法包括以下步骤 ：(a) 通过预先确定 Y 电容器的电容来适当地形成电容器模块，并测量来自 Y 电容器的44说明书CN 102044959 B3/7 页实际电压或电流波形 ；(b) 通过对电压或电流波形进行各频带的滤波来适当地提取并分离各并且详细的频率成分 (independent and detailedfrequency components)，并在各分离的频率成分处形成包括阻抗电阻器、电感器和电容器的并联等效电路 ；(c) 通过将经由顺序地改变并联等效电路中的各元件的值 ( 电阻

15、、电感和电容 ) 而获得的波形(simulation waveform) 与实际测量的电压或电流波形进行比较来确定各元件的值 ；以及(d) 当最终完成包括具有所确定的值的各元件的并联阻抗等效电路时，使用具有所确定的电容的 Y 电容器来适当地形成实际的电容器模块。0024本发明的其他方面和优选实施例在下文中讨论。0025应该理解的是，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的机动车辆 ( 诸如包括运动型多功能车 (SUV)、公共汽车、卡车、各种车辆在内的客车 )、包括各种艇和船在内的水运工具、飞行器等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车以及其它代用车( 例如

16、从除石油以外的中取得的)。如本文中所述，混合动力车是具有两个或辆。个动力源的车辆，例如既有动力又有电动力的车0026在结合在本说明书中并形成本说明书的一部分的附图以及与附图一起用于通过举例来解释本发明原理的以下详细说明中，将体现出或更详细地阐述本发明的以上特征和优点。附图说明0027 现在将参考通过附图示出的本发明的某些示例性实施例来详细描述本发明的上述及其它特征，其中附图将在下文中仅通过例证的方式给出，并且因此并非对本发明进行限制，其中 ：0028图 1 是示出典型混合动力车中的电池、逆变器和驱动电意图 ；之间的连接关系的示0029图 2 是示出典型逆变器中的包括平滑电容器和 Y 电容器的电

17、容器模块的配置的图 ；0030图 3 是示出根据本发明的示例性实施例的电路形成方法的图 ；0031图 4 是示出根据本发明的示例性实施例的电路形成方法的流程图 ；并且0032图 5 是将现有技术电容器模块的结构与根据本发明的示例性实施例的电容器模块的结构进行比较的图。0033附图中陈列的附图标记包括对下面进一步讨论的以下元件的：00341 ：电池003511 ：电容器模块2 ：驱动电12 ：功率模块0036应该理解的是，附图不一定要依比例，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种优选特征的稍微简化的表示。本文中公开的本发明的特定设计特征，包括例如特定、方向、位置和形状，将部分地由期望的特定应用和使

18、用环境来确定。0037在附图中，附图标记在附图的几幅图中始终指代本发明的相同或等效部分。具体实施方式55说明书CN 102044959 B4/7 页0038如本文中所述，本发明包括用于形成包括 Y 电容器的电容器模块电路的方法，以便抑制用于驱动电动车的驱动电的逆变器中的开关噪声，所述方法包括以下步骤 ：(a)形成电容器模块，(b) 提取并分离各(d) 形成实际的电容器模块。并且详细的频率成分，(c) 确定各元件的值，以及0039在一个实施例中，通过预先确定 Y 电容器的电容并测量来自 Y 电容器的实际电压或电流波形来形成电容器模块。0040在另一实施例中，通过对电压或电流波形进行各频带的滤波，

19、并在各分离的频率成分处形成包括阻抗电阻器、电感器和电容器的并联等效电路，来进行提取并分离各并且详细的频率成分的步骤。0041在另一实施例中，通过将经由顺序地改变并联等效电路中的各元件的值 ( 电阻、电感和电容 ) 而获得的值。波形与实际测量的电压或电流波形进行比较来确定各元件的0042 在另一实施例中，当完成包括具有所确定的值的各元件的并联阻抗等效电路时，使用具有所确定的电容的 Y 电容器来形成电容器模块。0043 现在将在下文中详细参考本发明的各种实施例，其实例在附图中示出并在下面描述。虽然将结合示例性实施例来描述本发明，但应理解的是，本说明并非旨在将本发明限于那些示例性实施例。相反，本发明

20、旨在不仅涵盖这些示例性实施例，而且涵盖可包括在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、改型、等效形式和其它实施例。0044 在优选实施例中，本发明提供了一种用于形成逆变器电路的方法，所述逆变器电路用于使诸如混合动力车的环境友好型电动车的驱动电运转。更特别地，本发明优选地提供了一种用于形成具有 Y 电容器的电容器模块电路的方法，所述 Y 电容器用于抑制逆变器的电磁波噪声，并且特别是抑制在逆变器工作期间由功率模块产生的开关噪声。0045在优选实施例中，本发明的电路形成方法可以适当地形成能够适当地减小由逆变器产生的开关噪声的电容器模块电路。0046在某些优选实施例中，根据本发明的电路

21、形成方法，适当地采用分析和方法来确定优选地电容器模块的元件 ( 诸如用于减小开关噪声的 Y 电容器 ) 的电容。在另外的优选实施例中，本发明克服了现有技术实验方法需要相当大的成本和人力来准备样品 (sample) 的问题。在特定的优选实施例中，适当地采用用于减小开关噪声 ( 即电磁波噪声 ) 的阻抗匹配方法。0047 图 3 是示出根据本发明的示例性实施例的电路形成方法的图。图 4 是示出根据本发明的另一示例性实施例的电路形成方法的流程图。图 5 是将现有技术电容器模块的结构与根据本发明的另一示例性实施例的电容器模块的结构进行比较的图。0048 根据优选示例性实施例，图 3 示出逆变器中的电容

22、器模块 11 的配置以及具有在分析处理期间的配置。开关噪声的各频率成分获得的阻尼阻抗 (damping impedance) 的等效电路0049优选地，为了减小在逆变器工作期间由包括多个开关元件 S( 例如，) 和多个二极管D 的功率模块 12 产生的开关噪声，Y 电容器 C1 和 C2 的中性点被适当地连接到车辆底盘。优选地，尽管本发明的目的还在于确定 Y 电容器 C1 和 C2 的最优电容，但是 Y 电容器的电容是通过分析和方法确定的，同时适当地减小所需的成本和人力，并且 Y 电66说明书CN 102044959 B5/7 页容器的电容优选地不是通过现有技术方法确定的，在现有技术方法中通过

23、试验 ( 即，通过改变 Y 电容器的电容来适当地准备并试验多个电容器模块样品 ) 来确定 Y 电容器的电容。0050在另外的优选实施例中，在本发明中，在必要的情况下，分析和阻尼阻抗以及Y 电容器 C1 和 C2 的电容以进一步提供适当地配置有阻尼电阻器R、电感器 L 等的阻尼阻抗电路( 由图 5 中的Z 表示)，其中基于通过优阻尼阻抗电路 Z。而确定的Y 电容器 C1 和 C2 的电容来配置最0051优选地，在本发明的某些示例性实施例中，还提供了基于 Y 电容器 C1 和 C2 的所确定的电容而配制有阻尼电阻器或电感器的阻尼阻抗电路 Z，其中在C1 和 C2 的电容来适当地确定阻尼电阻器的电阻

24、和电感器的电感。期间根据 Y 电容器0052根据另外的优选实施例，当在逆变器工作期间由功率模块 12 产生的开关噪声通过电容器模块 11 的Y 电容器 C1 和 C2 适当地传输到车辆底盘时，相对低的开关电流流过 Y电容器 C1 和 C2，并且该电流包含谐频噪声。0053因此，考虑到包含在开关电流中的谐频噪声，从自 Y 电容器实际测量的电流或电压波形中适当地提取各并且详细的频率成分，以形成等效电路，并且在此期间，将阻尼电阻成分可变地反映在电路上，以获得使开关噪声电流最小化的阻尼电阻。0054以下将参照图 3 和 4 详细描述上述处理。0055 在一个示例性实施例中，首先，在步骤 1 中，通过预

25、先确定 Y 电容器 C1 和 C2 的电容来适当地形成如图 3 所示的电容器模块 11，并且从预先确定的 Y 电容器 C1 和 C2 适当地测量实际的电压或电流波形。优选地，可以从电容未被改变的 Y 电容器测量实际的电压或电流波形，或者可以适当地测量实际电压和电流波形这二者。0056在另外的示例性实施例中，在步骤 2 中，从实际测量的电压 / 电流波形中适当地提取并分离各频率成分。优选地，在此时，适当地执行频率滤波和谐振频率分析以对实际测量的电压 / 电流波形进行各频带的滤波，由此提取并分离各并且详细的频率成分。因此，可以使用仅使特定频带的频率成分通过的滤波器 ( 即，快速傅立叶变换 (FFT

26、) 带通滤波器) 从实际测量的电压/ 电流波形中适当地提取并分离各频率成分。在另外的优选实施例中，例如如图 4 中所示，图 4 示出作为从实际测量的电流波形中提取并分离出的各详细的频率成分的实例 fc1、fc2 和 fc3。优选地，当以上述方式进行对各频率成分的分离时各分离的频率成分适当地形成包括电阻器 R1、R2 和 R3，电感器 L1、L2 和 L3，电容器 C1、C2和 C3 以及阻尼阻抗电阻器 Rd 的并联等效电路。0057在另外的示例性实施例中，随后，在步骤 3 中，适当地分析和阻尼阻抗。优选地，通过以改变各个元件的值 ( 即在步骤 2 中形成的并联等效电路中的电阻器 R1、R2、R

27、3、R4 和 Rd 的电阻以及电感器 L1、L2 和 L3 的电感) 的方式改变阻抗来执行。此外，然后，将在各步骤中获得的定各元件的最优规格。波形与在步骤 2 中获得的实际电压或电流波形进行比较，由此确0058在另外的优选实施例中波形是可以从形成有具有在期间确定的特定电阻和电感的元件 R1 至 R3、Rd 和 L1 至 L3 的并联等效电路中适当地获得的电压或电流波形。优选地，通过改变等效电路中的各个元件的值 ( 电阻和电感 ) 来逐步地将这些波形适当地与实际测量的波形进行比较以获得基本上与实际波形相同的波形，并且最终确定具有由此获得的波形的等效电路中的各元件的值。77说明书CN 102044

28、959 B6/7 页0059因此，结果，在步骤 4 中，完成电容器模块的最终等效电路，在该最终等效电路中，各元件的最终确定的值被适当地反映。0060在另外的示例性实施例中，在步骤 3 和 4 中，通过优选地以上述方式改变( 即并联等效电路) 中的电阻或电感以获得与实际测量的波形基本上相同的成最终等效电路，并且在此时，可以通过改变 Y 电容器 C1 和 C2 的电容来执行电路波形来完。0061优选地，当在步骤 3 和 4 中完成最终等效电路时，基于最终等效电路来制造实际的电容器模块。0062 根据优选实施例，在本发明的上述步骤中，在步骤 1 中形成的实际的电容器模块11 的Y 电容器 C1 和

29、C2 的电容优选地是设计者知道的值，并且未知的值是电容器模块的阻抗值( 即，电阻和电感 )。因此，为了获得未知的值，适当地测量实际的电压和电流波形，并且适当地调节电路 ( 并联等效电路 ) 以及电路中的电阻和电感，以确定可以获得与实际测量波形基本上相同的波形的电路中的各元件值。0063优选地，当以上述方式完成对实际系统进行的电路时，使用基于阻抗确定的Y 电容器的电容来适当地制造实际电容器模块，其中设计者加入了阻尼阻抗电路 Z，其配置有具有利用分析和方法通过确定的电阻和电感的电阻器和电感器，以适当地最小化开关噪声并提高电磁波性能。0064优选地，在上述处理中，当适当地改变 Y 电容器 C1 和 C2 的电容以确定电容器的最终规格时，使用具有改变后的电容的 Y 电容器 C1 和 C2 来制造电容器模块 11。优选地， 在阻尼阻抗电路 Z 的电阻器和电感器的情况下，基于由此确定的 Y 电容器 C1 和 C2 的电容来适当地确定它们的电阻和电感，以配置阻尼阻抗电路 Z。0065优选地，可以使用电阻器和电感器中的一个或者这两者来适当地配置阻尼阻抗电路 Z。0066因此，本发明通过利用阻抗匹配方法确定电阻器和电感器的电容和电感，而不是通过利用试验进行的现有技术电