电容放电装置的研究设计

⑴ 为什么需要在功率电子装置内进行电容放电

背景技术：
新能源汽车的电机驱动系统(Electric Drive System，EDS)中通常具有高容值的母线电容(如数百微法及其以上的母线电容)。当动力电池的主继电器断开后，母线电容上会留存较多的残余电荷并且其电容电压与动力电池的输出电压相等。而动力电池的输出电压往往高达数百伏(如250V至450V之间)，为了避免母线电容上的高压对人体造成危害，需要在主继电器断开后立即对母线电容进行放电。
母线电容的放电方法主要包括被动放电方法和主动放电方法。其中，被动放电方法的放电时间较慢，因而不适于对放电速度要求较高的应用场景(如车辆发生碰撞)。主动放电方法能够在较短时间内将母线电容的电容电压放电至安全电压以下。具体地，主动放电方法主要包括利用放电电阻的主动放电方法以及利用电机绕组的主动放电方法。利用放电电阻的主动放电方法需要使用大功率电阻进行放电，致使放电电阻的体积较大、成本较高并且还需要设置额外的放电控制电路和冷却装置来对放电电阻进行控制和散热。利用电机绕组的主动放电方法主要是利用电机绕组的等效电阻来消耗母线电容中的电能，当发生放电失控时电机可能会产生非预期的电机转矩，因而具有潜在的危害。

技术实现要素：
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决如何有效且可靠地对母线电容进行主动放电的技术问题。为此目的，本发明提供了一种用于功率装置的母线电容放电方法、系统及装置。其中，所述功率装置包括并联设置的半桥电路和直流母线电容，所述半桥电路包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂均包括功率半导体器件。
在第一方面，本发明提供的一种用于功率装置的母线电容放电方法主要包括下列步骤：
根据预设的开通信号控制所述上桥臂和下桥臂中的一个桥臂维持开通状态，
根据预设的开通/关断信号控制所述上桥臂和下桥臂中的另一个桥臂交替进行开通与关断；
其中，所述开通信号或所述开通/关断信号中功率半导体器件的控制极电压是预设电压区间内的某个电压值，所述电压区间的下限值大于预设的控制极阈值电压，所述电压区间的上限值取决于所述半桥电路发生直通时控制功率半导体器件稳定输出一定电流值的控制极电压；所述开通/关断信号中功率半导体器件的控制极电压的占空比小于等于预设的第一占空比阈值。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述方法还包括：
根据特定电压信号以及预先获取的所述开通信号中功率半导体器件的第一控制极电压参考值获取所述开通信号；
根据所述特定电压信号以及预先获取的所述开通/关断信号中功率半导体器件的第二控制极电压参考值获取所述开通/关断信号；
其中，所述特定电压信号的电压值取决于功率半导体器件输出电流范围最大时的控制极电压，所述第一控制极电压参考值或第二控制极电压参考值是所述电压区间内的某个电压值。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
当所述第一控制极电压参考值是所述电压区间内的某个值时，所述方法还包括：
根据所述特定电压信号与所述第一控制极电压参考值获取第一直流脉冲信号，并且对所述第一直流脉冲信号进行滤波得到所述开通信号；
利用预设的第一脉宽调制信号并且根据所述第二控制极电压参考值对所述特定电压信号进行调制，得到所述开通/关断信号；
其中，所述第一脉宽调制信号的脉冲占空比小于等于所述第一占空比阈值。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
当所述第二控制极电压参考值是所述电压区间内的某个值时，所述方法还包括：
根据所述特定电压信号与第一控制极电压参考值获取所述开通信号；
根据所述特定电压信号与第二控制极电压参考值获取第二直流脉冲信号并且对所述第二直流脉冲信号进行滤波；
利用预设的第二脉宽调制信号并且根据所述第二控制极电压参考值对滤波得到的电压信号进行调制，得到所述开通/关断信号；
其中，所述第二脉宽调制信号的脉冲占空比小于所述第一占空比阈值。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述功率装置还包括用于驱动功率半导体器件导通与关断的驱动电路，在“根据预设的开通/关断信号控制所述上桥臂和下桥臂中的另一个桥臂交替进行开通与关断”的步骤之前，所述方法还包括：
控制所述另一个桥臂对应的驱动电路停止驱动相应的功率半导体器件导通与关断。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
在“根据预设的开通/关断信号控制所述上桥臂和下桥臂中的另一个桥臂交替进行开通与关断”的步骤之后，所述方法还包括：
检测所述直流母线电容的电容电压；
按照电压值由大至小的顺序依次对所述电容电压与多个预设的第二电压阈值进行比较；
根据所述电容电压与当前第二电压阈值的比较结果选择性地调整所述开通/关断信号中功率半导体器件的控制极电压的占空比。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
“根据所述电容电压与当前第二电压阈值的比较结果选择性地调整所述开通/关断信号中功率半导体器件的控制极电压的占空比”的步骤包括：
若所述电容电压小于等于当前第二电压阈值，则将所述占空比增大至所述当前第二电压阈值对应的占空比；
若所述电容电压大于当前第二电压阈值，则不调整所述占空比。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述方法还包括：
判断所述开通/关断信号中功率半导体器件的控制极电压的占空比是否大于等于预设的第二占空比阈值：
若是，则重新控制所述另一个桥臂对应的驱动电路驱动相应的功率半导体器件导通与关断；
若否，则控制所述另一个桥臂对应的驱动电路继续停止驱动相应的功率半导体器件导通与关断。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述功率装置还包括用于控制与储能装置通断的开关装置，所述方法还包括：
检测所述开关装置是否闭合；
当未检测到所述开关装置闭合时，继续对所述直流母线电容放电；
当检测到所述开关装置闭合时，继续判断是否获取到持续放电指令：若是，则减小所述开通/关断信号中功率半导体器件的控制极电压的占空比；若否，则停止对所述直流母线电容放电；
其中，所述减小后的占空比小于等于预设的第三占空比阈值，所述第三占空比阈值取决于功率半导体器件的结温上限。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
“检测所述开关装置是否闭合”的步骤包括：
获取一定时间内所述直流母线电容的电容电压；
判断所述电容电压是否发生变化：
若所述电容电压维持不变，则判定所述开关装置闭合；
若所述电容电压下降，则判定所述开关装置未闭合。
在第二方面，本发明提供的一种用于功率装置的母线电容放电系统主要包括：
第一控制装置，配置为根据预设的开通信号控制所述上桥臂和下桥臂中的一个桥臂维持开通状态；
第二控制装置，配置为根据预设的开通/关断信号控制所述上桥臂和下桥臂中的另一个桥臂交替进行开通与关断；
其中，所述开通信号或所述开通/关断信号中功率半导体器件的控制极电压是预设电压区间内的某个电压值，所述电压区间的下限值大于预设的控制极阈值电压，所述电压区间的上限值取决于所述半桥电路发生直通时控制功率半导体器件稳定输出一定电流值的控制极电压；所述开通/关断信号中功率半导体器件的控制极电压的占空比小于等于预设的第一占空比阈值。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述母线电容放电系统还包括信号获取装置，所述信号获取装置包括第一信号获取模块和第二信号获取模块；
所述第一信号获取模块配置为根据特定电压信号以及预先获取的所述开通信号中功率半导体器件的第一控制极电压参考值获取所述开通信号；
所述第二信号获取模块配置为根据所述特定电压信号以及预先获取的所述开通/关断信号中功率半导体器件的第二控制极电压参考值获取所述开通/关断信号；
其中，所述特定电压信号的电压值取决于功率半导体器件输出电流范围最大时的控制极电压，所述第一控制极电压参考值或第二控制极电压参考值是所述电压区间内的某个电压值。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述第一信号获取模块包括第一信号获取子模块，所述第二信号获取模块包括第二信号获取子模块；
所述第一信号获取子模块配置为根据特定电压信号与所述第一控制极电压参考值获取第一直流脉冲信号，并且对所述第一直流脉冲信号进行滤波得到所述开通信号；
所述第二信号获取子模块配置为利用预设的第一脉宽调制信号并且根据所述第二控制极电压参考值对所述特定电压信号进行调制，得到所述开通/关断信号；
其中，所述第一控制极电压参考值是所述电压区间内的某个电压值；所述第一脉宽调制信号的脉冲占空比小于所述第一占空比阈值。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述第一信号获取模块包括第三信号获取子模块，所述第二信号获取模块包括第四信号获取子模块；
所述第三信号获取子模块配置为根据特定电压信号与所述第一控制极电压参考值获取所述开通信号；
所述第四信号获取子模块配置为执行如下操作：
根据所述特定电压信号与所述第二控制极电压参考值获取第二直流脉冲信号并且对所述第二直流脉冲信号进行滤波；
利用预设的第二脉宽调制信号并且根据所述第二控制极电压参考值对滤波得到的电压信号进行调制，得到所述开通/关断信号；
其中，所述第二控制极电压参考值是所述电压区间内的某个电压值；所述第二脉宽调制信号的脉冲占空比小于所述第一占空比阈值。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述功率装置还包括用于驱动功率半导体器件导通与关断的驱动电路，所述母线电容放电系统还包括第三控制装置；
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述第二控制装置还包括占空比调节模块；所述占空比调节模块包括电容电压检测单元、电容电压比较单元和占空比调节单元；
所述电容电压检测单元配置为检测所述直流母线电容的电容电压；
所述电容电压比较单元配置为按照电压值由大至小的顺序依次对所述电容电压与多个预设的第二电压阈值进行比较；
所述占空比调节单元配置为根据所述电容电压与当前第二电压阈值的比较结果选择性地调整所述开通/关断信号中功率半导体器件的控制极电压的占空比。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述占空比调节单元进一步配置为执行如下操作：
若所述电容电压小于等于当前第二电压阈值，则将所述占空比增大至所述当前第二电压阈值对应的占空比；
若所述电容电压大于当前第二电压阈值，则不调整所述占空比。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述第三控制装置进一步配置为执行如下操作：
判断所述开通/关断信号中功率半导体器件的控制极电压的占空比是否大于等于预设的第二占空比阈值：
若是，则重新控制所述第二控制装置所控制桥臂对应的驱动电路驱动相应的功率半导体器件导通与关断；
若否，则控制所述第二控制装置所控制桥臂对应的驱动电路继续停止驱动相应的功率半导体器件导通与关断。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述功率装置还包括用于控制与储能装置通断的开关装置，所述母线电容放电系统还包括第四控制装置；所述第四控制装置包括开关装置检测模块、第一控制模块和第二控制模块；
所述开关装置检测模块配置为检测所述开关装置是否闭合；
所述第一控制模块配置为当未检测到所述开关装置闭合时，继续对所述直流母线电容放电；
所述第二控制模块配置为当检测到所述开关装置闭合时，继续判断是否获取到持续放电指令：若是，则减小所述开通/关断信号中功率半导体器件的控制极电压的占空比；若否，则停止对所述直流母线电容放电；
其中，所述减小后的占空比小于等于预设的第三占空比阈值，所述第三占空比阈值取决于功率半导体器件的结温上限。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述开关装置检测模块包括电容电压获取单元和电容电压判断单元；
所述电容电压获取单元配置为获取一定时间内所述直流母线电容的电容电压；
电容电压判断单元配置为判断所述电容电压是否发生变化：若所述电容电压维持不变，则判定所述开关装置闭合；若所述电容电压下降，则判定所述开关装置未闭合。
在第三方面，本发明提供的一种电机驱动系统包括：
功率装置，其设置于储能装置与电机之间，用于将储能装置的输出功率转换为电机的驱动功率；
所述系统还包括上述技术方案中任一项所述的用于功率装置的母线电容放电系统。
在第四方面，本发明提供的一种车辆包括电机驱动系统，所述电机驱动系统是上述技术方案所述的电机驱动系统。
在第五方面，本发明提供的一种存储装置存储有多条程序，所述程序适于由处理器加载以执行上述技术方案中任一项所述的用于功率装置的母线电容放电方法。

⑵ 电容的放电，维持一定电压，给单片机供电，时间越长越好，如何设计在线等

应该感谢单片机芯片的工程技术设计师，是他们首先提供了单片机系统能够顺利实施“掉电保护”的内部条件，这就是：单片机允许在电压低至2V甚至更加小一些的电压供电时。仍然可以保证其最基本的运行（对外部输入输出功能将会失效或者停止）。电容在主电源失去时，对单片机的继续运行提供能源，此时的电容能源是非常宝贵的，往往都是以“uA”级进行计算。而且还有一个不能避免的结果，就是随着保护时间的延长，电容的电量也会用完的。所以，保护电路有一个最长保护时间的参数，使用中不能超过，否则，保护就会失效。

⑶ 电容充电、放电装置的设计与制作实训报告总结

电池输出电压误差（例如说输出为5V，实际为4.98V或者其它数字）；
充电时，电池的内阻导致电压上升较慢；
温度，导致电容谐波分量增多，从而影响输出电压
电阻本身阻值的误差。意思同第一条

⑷ capacitor discharge是什么意思

capacitor discharge[英][kəˈpæsɪtə disˈtʃɑ:dʒ][美][kəˈpæsɪtɚ dɪsˈtʃɑrdʒ]
电容婆电;
电容器放电
电容婆电；电容放电；电容放电式
1.
Pulse constant-current source based on capacitor discharge
电容放电式脉冲励磁电源研究

2.
A Study on the Selection of Parameters for Capacitor Discharge IgnitionDevice
电容放电点火装置参数的选择研究

3.
Optimum design of charging circuit for a capacitor discharge welding machinewith high capacity by computer
大容量电容储能点焊机充电电路计算机优化设计