電容放電裝置的研究設計

⑴ 為什麼需要在功率電子裝置內進行電容放電

背景技術：
新能源汽車的電機驅動系統(Electric Drive System，EDS)中通常具有高容值的母線電容(如數百微法及其以上的母線電容)。當動力電池的主繼電器斷開後，母線電容上會留存較多的殘余電荷並且其電容電壓與動力電池的輸出電壓相等。而動力電池的輸出電壓往往高達數百伏(如250V至450V之間)，為了避免母線電容上的高壓對人體造成危害，需要在主繼電器斷開後立即對母線電容進行放電。
母線電容的放電方法主要包括被動放電方法和主動放電方法。其中，被動放電方法的放電時間較慢，因而不適於對放電速度要求較高的應用場景(如車輛發生碰撞)。主動放電方法能夠在較短時間內將母線電容的電容電壓放電至安全電壓以下。具體地，主動放電方法主要包括利用放電電阻的主動放電方法以及利用電機繞組的主動放電方法。利用放電電阻的主動放電方法需要使用大功率電阻進行放電，致使放電電阻的體積較大、成本較高並且還需要設置額外的放電控制電路和冷卻裝置來對放電電阻進行控制和散熱。利用電機繞組的主動放電方法主要是利用電機繞組的等效電阻來消耗母線電容中的電能，當發生放電失控時電機可能會產生非預期的電機轉矩，因而具有潛在的危害。

技術實現要素：
為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決如何有效且可靠地對母線電容進行主動放電的技術問題。為此目的，本發明提供了一種用於功率裝置的母線電容放電方法、系統及裝置。其中，所述功率裝置包括並聯設置的半橋電路和直流母線電容，所述半橋電路包括上橋臂和下橋臂，所述上橋臂和下橋臂均包括功率半導體器件。
在第一方面，本發明提供的一種用於功率裝置的母線電容放電方法主要包括下列步驟：
根據預設的開通信號控制所述上橋臂和下橋臂中的一個橋臂維持開通狀態，
根據預設的開通/關斷信號控制所述上橋臂和下橋臂中的另一個橋臂交替進行開通與關斷；
其中，所述開通信號或所述開通/關斷信號中功率半導體器件的控制極電壓是預設電壓區間內的某個電壓值，所述電壓區間的下限值大於預設的控制極閾值電壓，所述電壓區間的上限值取決於所述半橋電路發生直通時控制功率半導體器件穩定輸出一定電流值的控制極電壓；所述開通/關斷信號中功率半導體器件的控制極電壓的占空比小於等於預設的第一占空比閾值。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
所述方法還包括：
根據特定電壓信號以及預先獲取的所述開通信號中功率半導體器件的第一控制極電壓參考值獲取所述開通信號；
根據所述特定電壓信號以及預先獲取的所述開通/關斷信號中功率半導體器件的第二控制極電壓參考值獲取所述開通/關斷信號；
其中，所述特定電壓信號的電壓值取決於功率半導體器件輸出電流范圍最大時的控制極電壓，所述第一控制極電壓參考值或第二控制極電壓參考值是所述電壓區間內的某個電壓值。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
當所述第一控制極電壓參考值是所述電壓區間內的某個值時，所述方法還包括：
根據所述特定電壓信號與所述第一控制極電壓參考值獲取第一直流脈沖信號，並且對所述第一直流脈沖信號進行濾波得到所述開通信號；
利用預設的第一脈寬調制信號並且根據所述第二控制極電壓參考值對所述特定電壓信號進行調制，得到所述開通/關斷信號；
其中，所述第一脈寬調制信號的脈沖占空比小於等於所述第一占空比閾值。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
當所述第二控制極電壓參考值是所述電壓區間內的某個值時，所述方法還包括：
根據所述特定電壓信號與第一控制極電壓參考值獲取所述開通信號；
根據所述特定電壓信號與第二控制極電壓參考值獲取第二直流脈沖信號並且對所述第二直流脈沖信號進行濾波；
利用預設的第二脈寬調制信號並且根據所述第二控制極電壓參考值對濾波得到的電壓信號進行調制，得到所述開通/關斷信號；
其中，所述第二脈寬調制信號的脈沖占空比小於所述第一占空比閾值。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
所述功率裝置還包括用於驅動功率半導體器件導通與關斷的驅動電路，在「根據預設的開通/關斷信號控制所述上橋臂和下橋臂中的另一個橋臂交替進行開通與關斷」的步驟之前，所述方法還包括：
控制所述另一個橋臂對應的驅動電路停止驅動相應的功率半導體器件導通與關斷。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
在「根據預設的開通/關斷信號控制所述上橋臂和下橋臂中的另一個橋臂交替進行開通與關斷」的步驟之後，所述方法還包括：
檢測所述直流母線電容的電容電壓；
按照電壓值由大至小的順序依次對所述電容電壓與多個預設的第二電壓閾值進行比較；
根據所述電容電壓與當前第二電壓閾值的比較結果選擇性地調整所述開通/關斷信號中功率半導體器件的控制極電壓的占空比。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
「根據所述電容電壓與當前第二電壓閾值的比較結果選擇性地調整所述開通/關斷信號中功率半導體器件的控制極電壓的占空比」的步驟包括：
若所述電容電壓小於等於當前第二電壓閾值，則將所述占空比增大至所述當前第二電壓閾值對應的占空比；
若所述電容電壓大於當前第二電壓閾值，則不調整所述占空比。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
所述方法還包括：
判斷所述開通/關斷信號中功率半導體器件的控制極電壓的占空比是否大於等於預設的第二占空比閾值：
若是，則重新控制所述另一個橋臂對應的驅動電路驅動相應的功率半導體器件導通與關斷；
若否，則控制所述另一個橋臂對應的驅動電路繼續停止驅動相應的功率半導體器件導通與關斷。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
所述功率裝置還包括用於控制與儲能裝置通斷的開關裝置，所述方法還包括：
檢測所述開關裝置是否閉合；
當未檢測到所述開關裝置閉合時，繼續對所述直流母線電容放電；
當檢測到所述開關裝置閉合時，繼續判斷是否獲取到持續放電指令：若是，則減小所述開通/關斷信號中功率半導體器件的控制極電壓的占空比；若否，則停止對所述直流母線電容放電；
其中，所述減小後的占空比小於等於預設的第三占空比閾值，所述第三占空比閾值取決於功率半導體器件的結溫上限。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
「檢測所述開關裝置是否閉合」的步驟包括：
獲取一定時間內所述直流母線電容的電容電壓；
判斷所述電容電壓是否發生變化：
若所述電容電壓維持不變，則判定所述開關裝置閉合；
若所述電容電壓下降，則判定所述開關裝置未閉合。
在第二方面，本發明提供的一種用於功率裝置的母線電容放電系統主要包括：
第一控制裝置，配置為根據預設的開通信號控制所述上橋臂和下橋臂中的一個橋臂維持開通狀態；
第二控制裝置，配置為根據預設的開通/關斷信號控制所述上橋臂和下橋臂中的另一個橋臂交替進行開通與關斷；
其中，所述開通信號或所述開通/關斷信號中功率半導體器件的控制極電壓是預設電壓區間內的某個電壓值，所述電壓區間的下限值大於預設的控制極閾值電壓，所述電壓區間的上限值取決於所述半橋電路發生直通時控制功率半導體器件穩定輸出一定電流值的控制極電壓；所述開通/關斷信號中功率半導體器件的控制極電壓的占空比小於等於預設的第一占空比閾值。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
所述母線電容放電系統還包括信號獲取裝置，所述信號獲取裝置包括第一信號獲取模塊和第二信號獲取模塊；
所述第一信號獲取模塊配置為根據特定電壓信號以及預先獲取的所述開通信號中功率半導體器件的第一控制極電壓參考值獲取所述開通信號；
所述第二信號獲取模塊配置為根據所述特定電壓信號以及預先獲取的所述開通/關斷信號中功率半導體器件的第二控制極電壓參考值獲取所述開通/關斷信號；
其中，所述特定電壓信號的電壓值取決於功率半導體器件輸出電流范圍最大時的控制極電壓，所述第一控制極電壓參考值或第二控制極電壓參考值是所述電壓區間內的某個電壓值。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
所述第一信號獲取模塊包括第一信號獲取子模塊，所述第二信號獲取模塊包括第二信號獲取子模塊；
所述第一信號獲取子模塊配置為根據特定電壓信號與所述第一控制極電壓參考值獲取第一直流脈沖信號，並且對所述第一直流脈沖信號進行濾波得到所述開通信號；
所述第二信號獲取子模塊配置為利用預設的第一脈寬調制信號並且根據所述第二控制極電壓參考值對所述特定電壓信號進行調制，得到所述開通/關斷信號；
其中，所述第一控制極電壓參考值是所述電壓區間內的某個電壓值；所述第一脈寬調制信號的脈沖占空比小於所述第一占空比閾值。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
所述第一信號獲取模塊包括第三信號獲取子模塊，所述第二信號獲取模塊包括第四信號獲取子模塊；
所述第三信號獲取子模塊配置為根據特定電壓信號與所述第一控制極電壓參考值獲取所述開通信號；
所述第四信號獲取子模塊配置為執行如下操作：
根據所述特定電壓信號與所述第二控制極電壓參考值獲取第二直流脈沖信號並且對所述第二直流脈沖信號進行濾波；
利用預設的第二脈寬調制信號並且根據所述第二控制極電壓參考值對濾波得到的電壓信號進行調制，得到所述開通/關斷信號；
其中，所述第二控制極電壓參考值是所述電壓區間內的某個電壓值；所述第二脈寬調制信號的脈沖占空比小於所述第一占空比閾值。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
所述功率裝置還包括用於驅動功率半導體器件導通與關斷的驅動電路，所述母線電容放電系統還包括第三控制裝置；
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
所述第二控制裝置還包括占空比調節模塊；所述占空比調節模塊包括電容電壓檢測單元、電容電壓比較單元和占空比調節單元；
所述電容電壓檢測單元配置為檢測所述直流母線電容的電容電壓；
所述電容電壓比較單元配置為按照電壓值由大至小的順序依次對所述電容電壓與多個預設的第二電壓閾值進行比較；
所述占空比調節單元配置為根據所述電容電壓與當前第二電壓閾值的比較結果選擇性地調整所述開通/關斷信號中功率半導體器件的控制極電壓的占空比。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
所述占空比調節單元進一步配置為執行如下操作：
若所述電容電壓小於等於當前第二電壓閾值，則將所述占空比增大至所述當前第二電壓閾值對應的占空比；
若所述電容電壓大於當前第二電壓閾值，則不調整所述占空比。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
所述第三控制裝置進一步配置為執行如下操作：
判斷所述開通/關斷信號中功率半導體器件的控制極電壓的占空比是否大於等於預設的第二占空比閾值：
若是，則重新控制所述第二控制裝置所控制橋臂對應的驅動電路驅動相應的功率半導體器件導通與關斷；
若否，則控制所述第二控制裝置所控制橋臂對應的驅動電路繼續停止驅動相應的功率半導體器件導通與關斷。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
所述功率裝置還包括用於控制與儲能裝置通斷的開關裝置，所述母線電容放電系統還包括第四控制裝置；所述第四控制裝置包括開關裝置檢測模塊、第一控制模塊和第二控制模塊；
所述開關裝置檢測模塊配置為檢測所述開關裝置是否閉合；
所述第一控制模塊配置為當未檢測到所述開關裝置閉合時，繼續對所述直流母線電容放電；
所述第二控制模塊配置為當檢測到所述開關裝置閉合時，繼續判斷是否獲取到持續放電指令：若是，則減小所述開通/關斷信號中功率半導體器件的控制極電壓的占空比；若否，則停止對所述直流母線電容放電；
其中，所述減小後的占空比小於等於預設的第三占空比閾值，所述第三占空比閾值取決於功率半導體器件的結溫上限。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案是：
所述開關裝置檢測模塊包括電容電壓獲取單元和電容電壓判斷單元；
所述電容電壓獲取單元配置為獲取一定時間內所述直流母線電容的電容電壓；
電容電壓判斷單元配置為判斷所述電容電壓是否發生變化：若所述電容電壓維持不變，則判定所述開關裝置閉合；若所述電容電壓下降，則判定所述開關裝置未閉合。
在第三方面，本發明提供的一種電機驅動系統包括：
功率裝置，其設置於儲能裝置與電機之間，用於將儲能裝置的輸出功率轉換為電機的驅動功率；
所述系統還包括上述技術方案中任一項所述的用於功率裝置的母線電容放電系統。
在第四方面，本發明提供的一種車輛包括電機驅動系統，所述電機驅動系統是上述技術方案所述的電機驅動系統。
在第五方面，本發明提供的一種存儲裝置存儲有多條程序，所述程序適於由處理器載入以執行上述技術方案中任一項所述的用於功率裝置的母線電容放電方法。

⑵ 電容的放電，維持一定電壓，給單片機供電，時間越長越好，如何設計在線等

應該感謝單片機晶元的工程技術設計師，是他們首先提供了單片機系統能夠順利實施「掉電保護」的內部條件，這就是：單片機允許在電壓低至2V甚至更加小一些的電壓供電時。仍然可以保證其最基本的運行（對外部輸入輸出功能將會失效或者停止）。電容在主電源失去時，對單片機的繼續運行提供能源，此時的電容能源是非常寶貴的，往往都是以「uA」級進行計算。而且還有一個不能避免的結果，就是隨著保護時間的延長，電容的電量也會用完的。所以，保護電路有一個最長保護時間的參數，使用中不能超過，否則，保護就會失效。

⑶ 電容充電、放電裝置的設計與製作實訓報告總結

電池輸出電壓誤差（例如說輸出為5V，實際為4.98V或者其它數字）；
充電時，電池的內阻導致電壓上升較慢；
溫度，導致電容諧波分量增多，從而影響輸出電壓
電阻本身阻值的誤差。意思同第一條

⑷ capacitor discharge是什麼意思

capacitor discharge[英][kəˈpæsɪtə disˈtʃɑ:dʒ][美][kəˈpæsɪtɚ dɪsˈtʃɑrdʒ]
電容婆電;
電容器放電
電容婆電；電容放電；電容放電式
1.
Pulse constant-current source based on capacitor discharge
電容放電式脈沖勵磁電源研究

2.
A Study on the Selection of Parameters for Capacitor Discharge IgnitionDevice
電容放電點火裝置參數的選擇研究

3.
Optimum design of charging circuit for a capacitor discharge welding machinewith high capacity by computer
大容量電容儲能點焊機充電電路計算機優化設計