用于逆變器的半導(dǎo)體開關(guān)的控制裝置以及用于操控逆變器的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于操控逆變器的半導(dǎo)體開關(guān)（1）的控制裝置（4），具有一操控電路（16），其構(gòu)造用于根據(jù)一通過所述逆變器的控制調(diào)節(jié)器所產(chǎn)生的開關(guān)信號（5）產(chǎn)生一驅(qū)動信號（18）；以及一驅(qū)動電路（15），其耦合在所述操控電路（16）和所述半導(dǎo)體開關(guān)（1）的控制輸入端（13）之間，并且其構(gòu)造用于接收所述驅(qū)動信號（18），并且根據(jù)所述驅(qū)動信號（18）產(chǎn)生一操控所述半導(dǎo)體開關(guān)（1）的控制信號（7）并且供給到所述半導(dǎo)體開關(guān)（1）的控制輸入端（13）中，其中，所述操控電路（16）構(gòu)造用于將所述驅(qū)動信號（18）作為一連串的具有預(yù)設(shè)的并且能調(diào)節(jié)的脈沖長度的驅(qū)動信號脈沖來產(chǎn)生，從而所述半導(dǎo)體開關(guān)（1）在利用所述控制信號（7）操控的情況下在所述脈沖長度期間沒有完全導(dǎo)通。
【專利說明】用于逆變器的半導(dǎo)體開關(guān)的控制裝置以及用于操控逆變器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于逆變器的半導(dǎo)體開關(guān)的控制裝置以及一種用于操控逆變器的方法，尤其用于在快速放電運行中運行逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002]電動車輛或混合動力車輛常常具有在電動車蓄電池和電機之間的驅(qū)動系統(tǒng)中的功率電子的電路部件，它們通常作為電壓中間回路變流器來構(gòu)造。在此情況下，直流電壓中間回路用作所述電動車蓄電池和一逆變器之間的耦合機構(gòu)，其可被操控用于將來自所述直流電壓中間回路的電功率傳遞到電機上。
[0003]逆變器可以例如實施成具有一定數(shù)量的橋支路的全橋電路，所述橋支路分別具有兩個半導(dǎo)體開關(guān)。在此情況下，所述橋支路的與所述直流電壓中間回路的第一輸出接口連接的半導(dǎo)體開關(guān)被稱作高邊開關(guān)，并且所述橋支路的與所述直流電壓中間回路的第二輸出接口連接的半導(dǎo)體開關(guān)被稱作低邊開關(guān)。在此情況下，作為半導(dǎo)體開關(guān)可以例如使用具有反平行地連接的二極管或MOSFET (金屬氧化物場效應(yīng)晶體管)的IGBT模塊(具有絕緣的柵電極的雙極晶體管)。
[0004]為了操控所述逆變器，使用控制調(diào)節(jié)器，它們產(chǎn)生用于所述半導(dǎo)體開關(guān)的開關(guān)信號。在故障情況下出于安全原因?qū)τ谒隹刂普{(diào)節(jié)器提出了不同的要求。例如可能要求，所述電機的馬達(dá)繞組在故障情況下進(jìn)行短路。這可以通過閉合所有高邊開關(guān)并且打開所有低邊開關(guān)(或者反過來)來實現(xiàn)，這也被稱作“主動的短路”。
[0005]此外，在故障情況下必需使所述直流電壓中間回路快速地且可靠地放電，尤其是即使在所述控制調(diào)節(jié)器中的供給電壓失效的情況下。這可以通過一快速放電來實現(xiàn)。這種快速放電通常要求在五秒的最大的快速放電時間內(nèi)完成，以便能夠確保車輛的電運行安全性。
[0006]出版物US 2005/0231171 Al公開了一種電驅(qū)動系統(tǒng)，具有一電機、一脈沖逆變器和一中間回路電容器。該中間回路電容器可以經(jīng)由所述脈沖逆變器的一相應(yīng)的開關(guān)運行來受控地放電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)一個方面，本發(fā)明提出一種用于操控一逆變器的半導(dǎo)體開關(guān)的控制裝置，具有一操控電路，其構(gòu)造用于根據(jù)一通過所述逆變器的控制調(diào)節(jié)器所產(chǎn)的開關(guān)信號產(chǎn)生一驅(qū)動信號；以及一驅(qū)動電路，其耦合在所述操控電路和所述半導(dǎo)體開關(guān)的一控制輸入端之間，并且其構(gòu)造用于接收所述驅(qū)動信號并且根據(jù)所述驅(qū)動信號產(chǎn)生一操控所述半導(dǎo)體開關(guān)的控制信號并且供給到所述半導(dǎo)體開關(guān)的控制輸入端中。其中，所述操控電路構(gòu)造用于，將所述驅(qū)動信號作為一連串具有預(yù)設(shè)的且可調(diào)節(jié)的脈沖長度的驅(qū)動信號脈沖來產(chǎn)生，從而所述半導(dǎo)體開關(guān)在利用所述控制信號操控的情況下在所述脈沖長度期間沒有完全導(dǎo)通(leitfahig)。
[0008]根據(jù)另一個方面，本發(fā)明提出一種用于n相電機的驅(qū)動系統(tǒng)，其中，n ^ 1，該驅(qū)動系統(tǒng)有一中間回路電容器，其與兩個輸入電壓接口連接；一具有大量半導(dǎo)體開關(guān)的逆變器，所述逆變器與所述中間回路電容器耦合，從所述中間回路電容器中被供給電能并且構(gòu)造用于產(chǎn)生一用于所述電機的η相的供給電壓；大量的根據(jù)本發(fā)明的控制裝置，它們分別構(gòu)造用于產(chǎn)生一用于所述逆變器的半導(dǎo)體開關(guān)中的一個半導(dǎo)體開關(guān)的開關(guān)控制信號；以及一控制調(diào)節(jié)器，其與所述大量的控制裝置耦合，并且其構(gòu)造用于產(chǎn)生用于所述逆變器的半導(dǎo)體開關(guān)的開關(guān)號。
[0009]根據(jù)另一個方面，本發(fā)明提出一種用于操控逆變器的方法。具有:產(chǎn)生一用于所述逆變器的半導(dǎo)體開關(guān)中的至少一個半導(dǎo)體開關(guān)的驅(qū)動信號的步驟，其中，所述驅(qū)動信號具有一連串驅(qū)動信號脈沖；以及放大所述驅(qū)動信號用以產(chǎn)生一控制信號的步驟，所述控制信號操控所述至少一個半導(dǎo)體開關(guān)，其中，所述驅(qū)動信號脈沖分別具有一預(yù)設(shè)的且能調(diào)節(jié)的脈沖長度，從而所述半導(dǎo)體開關(guān)在利用所述控制信號操控的情況下在所述脈沖長度期間沒有完全導(dǎo)通。
[0010]發(fā)明優(yōu)點
本發(fā)明的觀點在于，構(gòu)造一種用于在一電運行車輛中的逆變器的半導(dǎo)體開關(guān)的控制裝置，其可以轉(zhuǎn)換一快速的或緊急放電，無需使用額外的用于放熱的構(gòu)件并且無需提高的電路費用。在此情況下，所述快速放電或緊急放電經(jīng)由在所述逆變器中無論如何都存在的半導(dǎo)體開關(guān)來執(zhí)行。由此取消了設(shè)置專用的緊急放電電路的必要性，這會帶來巨大的成本節(jié)省和結(jié)構(gòu)空間節(jié)省。
[0011]本發(fā)明的 一個優(yōu)點是，構(gòu)造有根據(jù)本發(fā)明的控制裝置的逆變器包括大量的具有各兩個半導(dǎo)體開關(guān)的橋支路，該逆變器能夠以如下方式進(jìn)行操控，使得一確定數(shù)量的橋支路的半導(dǎo)體開關(guān)中的一個半導(dǎo)體開關(guān)被“節(jié)拍式操控”，也就是說，所述操控信號由短的操控脈沖組成，所述操控脈沖的脈沖長度剛好選擇得如此之短，使得所述半導(dǎo)體開關(guān)還沒有完全導(dǎo)通地連接,而是短時間地處于閉塞狀態(tài)(Sperrzustand)和導(dǎo)通狀態(tài)(Leitzustand)之間的過渡狀態(tài)中。因此，沒有完全導(dǎo)通意味著，該導(dǎo)電性具有一個值，該值位于在打開的開關(guān)的情況下的導(dǎo)通性(Leitfaiigkeit)的值和在閉合的開關(guān)的情況下的導(dǎo)通性的值之間，尤其具有所述開關(guān)在閉合狀態(tài)下所具有的導(dǎo)通性的20%和80%之間的導(dǎo)通性。在該時間期間可以將來自所述中間回路電容器的能量在電流通過相應(yīng)的半導(dǎo)體開關(guān)流動的情況下轉(zhuǎn)化成熱并且如此迅速地且有效地消退所述中間回路中的電壓。這提供了如下優(yōu)點，即聯(lián)接到所述逆變器的輸入接口上的中間回路電容器能夠快速地且可靠地經(jīng)由所述半導(dǎo)體開關(guān)放電，而通過該放電使得電流不會通過一聯(lián)接的電機流動。
[0012]在此情況下特別有利的是，一方面不必安裝其它的用于使所述中間回路電容器放電的電路部件，這節(jié)省了位置和制造成本。另一方面，所述半導(dǎo)體開關(guān)總歸是要特別好地?zé)崃Φ剡B接到周圍環(huán)境上，從而所述中間回路電容器經(jīng)由所述逆變器的放電不會引起所述驅(qū)動系統(tǒng)的過熱。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的控制裝置的一種實施方式，所述脈沖長度可以以如下方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得所述半導(dǎo)體開關(guān)在利用所述控制信號操控的情況下具有一預(yù)設(shè)的電流值。
[0014]根據(jù)另一種實施方式，所述控制裝置還可以具有一調(diào)節(jié)電路，其與所述操控電路耦合，并且其構(gòu)造用于產(chǎn)生一用于調(diào)節(jié)所述驅(qū)動信號的調(diào)節(jié)信號，并且供給到所述操控電路中。由此可以將所需的通過所述半導(dǎo)體開關(guān)的電流值有目的性地通過例如所述驅(qū)動信號脈沖的脈沖長度或所述驅(qū)動信號脈沖的振幅的影響來調(diào)節(jié)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的控制裝置的另一種實施方式，所述調(diào)節(jié)電路可以構(gòu)造用于，檢測一代表所述中間回路電壓的第一測量信號，并且根據(jù)該第一測量信號產(chǎn)生一調(diào)節(jié)信號。因此可以根據(jù)所述中間回路電容器的充電狀態(tài)的不同經(jīng)由所述半導(dǎo)體開關(guān)中的一個或多個半導(dǎo)體開關(guān)來調(diào)節(jié)出一合適的放電模式。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的控制裝置的另一種實施方式，所述調(diào)節(jié)電路可以與所述半導(dǎo)體開關(guān)的一電流傳感器輸出端耦合，并且構(gòu)造用于檢測一代表一通過所述半導(dǎo)體開關(guān)的電流的第
二測量信號，并且根據(jù)該第二測量信號產(chǎn)生一調(diào)節(jié)信號。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的控制裝置的另一種實施方式，所述驅(qū)動電路可以具有一用于產(chǎn)生所述控制信號的可調(diào)節(jié)的控制電阻，并且所述操控電路構(gòu)造用于，根據(jù)所述調(diào)節(jié)信號產(chǎn)生一用于調(diào)節(jié)所述可調(diào)節(jié)的控制電阻的調(diào)整信號并且供給到所述驅(qū)動電路中。
[0018]根據(jù)另一種實施方式，所述控制裝置可以構(gòu)造用于操控一 IGBT開關(guān)。
[0019]根據(jù)另一種實施方式，所述逆變器可以具有一半橋電路。在此情況下，所述操控電路構(gòu)造用于利用所述驅(qū)動信號操控一半橋的半導(dǎo)體開關(guān)中的一個半導(dǎo)體開關(guān)并且持久地閉合所述半橋的半導(dǎo)體開關(guān)中的另外的半導(dǎo)體開關(guān)。這對于所述逆變器的一主動的短路而言是特別有利的，其中，來自所述中間回路電容器的能量能夠在一電流通過一半橋的相應(yīng)的半導(dǎo)體開關(guān)中的一個半導(dǎo)體開關(guān)流動的情況下被轉(zhuǎn)化成熱并且能夠如此地迅速且有效地消退所述中間回路中的電壓。
[0020]根據(jù)一種實施方式，根據(jù)本發(fā)明的方法還可以具有:檢測一代表所述中間回路電壓的第一測量信號并且根據(jù)所述第一測量信號產(chǎn)生一用于調(diào)節(jié)所述驅(qū)動信號脈沖的脈沖長度的調(diào)節(jié)信號的步驟。
[0021]根據(jù)另一種實施方式，根據(jù)本發(fā)明的方法還可以具有:檢測一代表一通過所述至少一個半導(dǎo)體開關(guān)的電流的第二測量信號并且根據(jù)所述第二測量信號產(chǎn)生一用于調(diào)節(jié)所述驅(qū)動信號脈沖的脈沖長度的調(diào)節(jié)信號的步驟。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]本發(fā)明的實施方式的其它特征和優(yōu)點從下面參照附圖的描述中得出。
[0023]其中:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)的示意圖；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的用于半導(dǎo)體開關(guān)的控制裝置的示意圖；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的用于半導(dǎo)體開關(guān)的控制裝置的示意圖；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的用于半導(dǎo)體開關(guān)的控制裝置的示意圖；
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的用于半導(dǎo)體開關(guān)的控制裝置的示意圖；
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的用于半導(dǎo)體開關(guān)的控制裝置的示意圖；
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的用于半導(dǎo)體開關(guān)的控制信號的信號圖表的不意圖；以及
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的用于操控逆變器的方法的示意圖。【具體實施方式】
[0024]圖1示出了一車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)100的示意圖。該電驅(qū)動系統(tǒng)100包括兩個輸入接口 T+和T-，它們可例如通過一能量儲存裝置例如高壓蓄電池或所述車輛的電動車電池來供給高壓。所述輸入接口 T+和T-與一直流電壓中間回路連接，該直流電壓中間回路具有一中間回路電容器2。該中間回路電容器2經(jīng)由輸出接口與一逆變器10、例如一脈沖逆變器10的輸入接口連接。在圖1中所示的具有所述中間回路電容器2和所述逆變器10的電壓中間回路變流器是示例性地作為三相變流器示出的，也就是說，所述逆變器10包括三個分別具有兩個半導(dǎo)體開關(guān)的橋支路。所述第一橋支路例如包括半導(dǎo)體開關(guān)Ia和ld，所述第一橋支路例如包括半導(dǎo)體開關(guān)Ib和le，并且所述第三橋支路例如包括半導(dǎo)體開關(guān)Ic和If0在此情況下，一個橋側(cè)的半導(dǎo)體開關(guān)la、lb、Ic被稱作高邊開關(guān)，并且另一個橋側(cè)的半導(dǎo)體開關(guān)ld、le、lf被稱作低邊開關(guān)。在此情況下應(yīng)該清楚的是，所述電壓中間回路變流器的任何其它數(shù)量的橋支路或者相位同樣是可以的，并且所述半導(dǎo)體開關(guān)Ia至If作為高邊開關(guān)和低邊開關(guān)的命名僅是示例性地選擇的。
[0025]在圖1中示出的半導(dǎo)體開關(guān)Ia至If在此情況下可例如具有場效應(yīng)晶體管(FETs)0在一種可能的實施方式中，所述半導(dǎo)體開關(guān)分別是IGBTs (絕緣柵雙極型晶體管)，但同樣可以的是，其它的半導(dǎo)體開關(guān)以相應(yīng)的形式設(shè)置，例如以JFETs (結(jié)型場效應(yīng)晶體管)或MOSFETs (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。當(dāng)所述半導(dǎo)體開關(guān)Ia至If具有IGBT開關(guān)時，可以設(shè)置成，針對所述IGBT開關(guān)中的每一個都反向并聯(lián)一在圖1中由于概覽原因而未示出的二極管。
[0026]所述電驅(qū)動系統(tǒng)100還具有一控制調(diào)節(jié)器50，其構(gòu)造用于產(chǎn)生開關(guān)信號5a至5f，所述開關(guān)信號對所述半導(dǎo)體開關(guān)Ia至If的開關(guān)操控進(jìn)行編碼。在此情況下，當(dāng)要打開所述半導(dǎo)體開關(guān)Ia至If時，所述開關(guān)信號5a至5f可以例如具有一邏輯低電平，并且當(dāng)要閉合所述半導(dǎo)體開關(guān)Ia至If時，所述半導(dǎo)體開關(guān)Ia至If具有一邏輯高電平。所述控制調(diào)節(jié)器50將所述開關(guān)信號5a至5f供給到相應(yīng)的控制裝置4a至4f中，它們分別負(fù)責(zé)操控所述半導(dǎo)體開關(guān)Ia至If中的一個。下面闡述所述控制裝置4a與配屬的半導(dǎo)體開關(guān)Ia的耦合，其中，其余控制裝置4b至4f中的每一個都可以相應(yīng)地耦合。
[0027]所述控制裝置4a具有一控制輸出端，經(jīng)由其可將一控制信號7a輸出到所述半導(dǎo)體開關(guān)Ia的控制輸入端，用于控制所述半導(dǎo)體開關(guān)Ia的運行。所述控制裝置4a可以經(jīng)由測量導(dǎo)線來檢測測量信號8a和/或9a。所述測量信號8a可以例如說明一通過所述半導(dǎo)體開關(guān)Ia的瞬時電流強度。為此，測量導(dǎo)線可以例如與所述半導(dǎo)體開關(guān)Ia的一電流測量輸出端耦合，其中，經(jīng)由所述測量導(dǎo)線檢測所述測量信號8a。所述測量信號9a可以例如說明一在所述半導(dǎo)體開關(guān)Ia的連接接口處的瞬時電壓。為此，測量導(dǎo)線可以例如與所述半導(dǎo)體開關(guān)Ia的一集電極接口耦合，尤其當(dāng)所述半導(dǎo)體開關(guān)Ia是一 IGBT開關(guān)時，其中，經(jīng)由所述測量導(dǎo)線檢測所述測量信號9a。在此情況下，所述測量信號9a可以代表在所述中間回路電容器2處的電壓。
[0028]圖2至6示出了用于一半導(dǎo)體開關(guān)I的控制裝置4的示意圖。尤其在圖2至6中更詳細(xì)地示出了所述控制裝置4a至4f和配屬的半導(dǎo)體開關(guān)Ia至If的示例性的實施方式。在此，在圖2至6中采用的附圖標(biāo)記可以分別設(shè)有字母a至f，用以表示在圖1中所示的電驅(qū)動系統(tǒng)100的各部件。
[0029]一般來說，在圖2至6中所示的控制裝置4用于操控一半導(dǎo)體開關(guān)1、尤其一逆變器、例如圖1中的逆變器10的半導(dǎo)體開關(guān)I。該半導(dǎo)體開關(guān)I在圖2至6中示例性地作為IGBT開關(guān)示出，其具有一集電極接口 11、一發(fā)射極接口 12、一柵極輸入端或控制極輸入端13和一電流傳感器輸出端14。經(jīng)由所述電流傳感器輸出端14可以輸出一電流測量信號9，其說明了一通過所述IGBT開關(guān)I流動的電流的電流強度。該IGBT開關(guān)I可以經(jīng)由所述控制輸入端13通過施加一相應(yīng)的控制信號7利用一確定的電平以不同的運行模式來操控。在一開關(guān)運行中，所述IGBT開關(guān)I可以僅在一閉塞范圍或飽和范圍中運行，也就是說，所述IGBT開關(guān)I要么完全閉塞要么完全導(dǎo)通。與此相反，在一線性運行或主動運行中，所述IGBT開關(guān)I可以在一放大范圍中運行，也就是說，一通過所述IGBT開關(guān)I的電流的電流強度與施加在所述控制接口上的電壓成正比地或基本上成正比地標(biāo)度。
[0030]在圖2中所示的示例性的實施方式中，所述控制裝置4具有一操控電路16，其構(gòu)造用于根據(jù)一通過一逆變器的控制調(diào)節(jié)器所產(chǎn)生的開關(guān)信號5產(chǎn)生一驅(qū)動信號18。在此情況下，在所述逆變器的通常的開關(guān)運行中所述驅(qū)動信號18可以基本上相應(yīng)于所述開關(guān)信號
5。當(dāng)要閉合所述IGBT開關(guān)I時，所述開關(guān)信號5可以例如具有一邏輯高電平，并且當(dāng)要打開所述IGBT開關(guān)I時，所述開關(guān)信號具有一邏輯低電平。在此情況下任何其它的操控邏輯電路當(dāng)然同樣是可行的。在通常的開關(guān)運行中規(guī)定，所述IGBT開關(guān)I要么完全閉塞要么完全導(dǎo)通，從而所述開關(guān)信號5針對一預(yù)設(shè)的時間段維持各邏輯電平。
[0031]此外，所述控制裝置4包括一驅(qū)動電路15，其耦合在所述操控電路16和所述IGBT開關(guān)I的一控制輸入端13之間，并且其構(gòu)造用于接收所述驅(qū)動信號18并且根據(jù)該驅(qū)動信號18產(chǎn)生一控制信號7，該控制信號操控所述IGBT開關(guān)I。然后，所述控制信號7通過所述驅(qū)動電路15被供給到所述IGBT開關(guān)I的控制輸入端13中。為此，所述驅(qū)動電路15可以例如具有一內(nèi)部的控制電阻或柵極電阻，經(jīng)由其可調(diào)節(jié)為了產(chǎn)生所述控制信號7而對所述驅(qū)動信號18的放大。
[0032]在所述逆變器的確定的運行模式中，可能需要進(jìn)行所述中間回路的快速放電。利用所述控制裝置4可以選擇性地“節(jié)拍式操控(angetaktet)”一 IGBT開關(guān)1，也就是說，在一脈沖運行中進(jìn)行操控，在該脈沖運行中將所述操控脈沖供給到所述IGBT開關(guān)I的控制輸入端13中，所述操控脈沖的持續(xù)時間如此之短，使得所述IGBT開關(guān)I還沒有完全導(dǎo)通地連接，而是短時間地處于閉塞狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)之間的過渡狀態(tài)中。在該時間期間可以將來自所述中間回路電容器的能量在電流通過所述半導(dǎo)體開關(guān)I流動的情況下轉(zhuǎn)化成熱并且如此迅速地且有效地消退所述中間回路中的電壓。這能夠?qū)崿F(xiàn)尤其是在以如下方式操控的逆變器中的快速放電運行的調(diào)節(jié)，由此能夠以有利的方式進(jìn)行一供給所述逆變器的中間回路電容器、例如所述中間回路電容器I的快速放電。在此情況下特別有利的是，所述逆變器的已經(jīng)存在的部件可以用于放電，而不必安裝額外的電路或放電元件，例如可開關(guān)的電阻或類似裝置。
[0033]為了實現(xiàn)該運行模式，所述操控電路16可以構(gòu)造用于，將所述驅(qū)動信號18作為一連串具有預(yù)設(shè)的且可調(diào)節(jié)的脈沖長度的驅(qū)動信號脈沖來產(chǎn)生，從而所述IGBT開關(guān)I在利用所述控制信號7操控的情況下在所述脈沖長度期間沒有完全導(dǎo)通。一種示例性的用于這樣的一連串驅(qū)動信號脈沖18k的可能性示意性地在圖7中示出。所述驅(qū)動信號脈沖18k在此分別具有一脈沖長度T。該脈沖長度T可以關(guān)于所述操控持續(xù)時間在所述IGBT開關(guān)I的通常的控制運行中很短。例如一 IGBT開關(guān)I的開關(guān)持續(xù)時間可以為大致100 μ S，在該開關(guān)持續(xù)時間期間，所述IGBT開關(guān)I在一正常運行中保持閉合或打開。所述脈沖長度T在該情況下可以為幾個μ S，例如在0.2μ s和5μ s之間。在此情況下，所述脈沖長度T可以取決于所述IGBT開關(guān)I以及所述驅(qū)動電路15的物理參數(shù)。
[0034]為了調(diào)節(jié)被供給到所述IGBT開關(guān)I的控制輸入端13中的操控脈沖，可以額外地設(shè)置一調(diào)節(jié)電路17，其與所述操控電路16耦合，并且其構(gòu)造用于產(chǎn)生一用于調(diào)節(jié)所述驅(qū)動信號18的調(diào)節(jié)信號19，并且供給到所述操控電路16中。這種調(diào)節(jié)電路17示例性地在圖3至6中示出。圖3和5的調(diào)節(jié)電路17與圖4和6的調(diào)節(jié)電路的不同之處在于，所述調(diào)節(jié)電路17構(gòu)造用于檢測一第一測量信號9，其代表所述中間回路電壓，并且根據(jù)所述第一測量信號9產(chǎn)生所述調(diào)節(jié)信號19。在此情況下，所述第一測量信號9可以例如在所述IGBT開關(guān)I的集電極接口 11處被截獲。與此相反，如在圖4和6中所示，檢測一第二測量信號8，其代表一通過所述半導(dǎo)體開關(guān)的電流，并且根據(jù)所述第二測量信號8產(chǎn)生所述調(diào)節(jié)信號19。為此，所述調(diào)節(jié)電路17可以與所述IGBT開關(guān)I的電流傳感器輸出端14耦合。替選地也可以實現(xiàn)，所述調(diào)節(jié)電路17不僅與所述電流傳感器輸出端14也與所述IGBT開關(guān)I的集電極接口 11連接，并且不僅根據(jù)所述第一測量信號9而且也根據(jù)所述第二測量信號8產(chǎn)生所述調(diào)節(jié)信號19。
[0035]在所有情況下，所述驅(qū)動信號脈沖18k的脈沖長度T經(jīng)由所述調(diào)節(jié)信號19來調(diào)節(jié)。當(dāng)例如所述中間回路電壓不減小或以很小的尺度減小時，可以延長所述脈沖長度T。同樣地，例如可以在一通過所述IGBT開關(guān)I的過高電流的情況下減小所述脈沖長度T。經(jīng)由所述第一測量信號9可以例如在所述IGBT開關(guān)I接通的瞬間監(jiān)控在所述IGBT開關(guān)I的集電極接口 11上的中間回路電壓的電壓驟降。如果不存在電壓驟降或所述電壓驟降太低，則可以延長所述脈沖長度T。通常所述調(diào)節(jié)電路17的調(diào)節(jié)程序可以以一很小的脈沖長度T開始，用以避免所述IGBT開關(guān)I的過載且因此避免可能的損壞。
[0036]所述調(diào)節(jié)電路17也可以可選地接收其它的外部參數(shù)6，所述參數(shù)被納入到調(diào)節(jié)機制中。例如所述外部參數(shù)6可以包括所述IGBT開關(guān)I處的溫度。
[0037]如在圖5和6中示意性示出，除了所述調(diào)節(jié)電路17之外，可以通過所述操控電路16產(chǎn)生一用于調(diào)節(jié)所述驅(qū)動電路15的一可調(diào)節(jié)的控制電阻的調(diào)整信號20并且供給到所述驅(qū)動電路15中。在此情況下，所述調(diào)整信號20可以例如根據(jù)所述調(diào)節(jié)信號19來產(chǎn)生。經(jīng)由所述調(diào)整信號20可以選擇性地提高所述驅(qū)動電路15的控制電阻的電阻值，從而可以減少供給到所述IGBT開關(guān)I的控制輸入端13中的操控電壓的值。在此情況下，所述控制電阻可以以任意的級來進(jìn)行匹配，從而能夠選擇性地經(jīng)由所述調(diào)節(jié)電路17來調(diào)節(jié)通過所述IGBT開關(guān)I的電流。
[0038]圖8示出了一用于操控逆變器、尤其是在圖1中所示的一電運行車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)100中的逆變器10的方法30的示意圖。該方法30在第一步驟31中包括:產(chǎn)生一用于所述逆變器的半導(dǎo)體開關(guān)中的至少一個半導(dǎo)體開關(guān)的驅(qū)動信號，其中，所述驅(qū)動信號具有一連串驅(qū)動信號脈沖。然后，在第二步驟32中進(jìn)行所述驅(qū)動信號的放大，用于產(chǎn)生一控制信號，該控制信號操控所述至少一個半導(dǎo)體開關(guān)。在此情況下，所述驅(qū)動信號脈沖分別具有一預(yù)設(shè)的且可調(diào)節(jié)的脈沖長度，從而所述半導(dǎo)體開關(guān)在利用所述控制信號操控的情況下在所述脈沖長度期間沒有完全導(dǎo)通。
[0039]然后，在步驟33a和34a中可以可選地檢測一第一測量信號，其代表所述中間回路電壓，并且根據(jù)所述第一測量信號產(chǎn)生一用于調(diào)節(jié)所述驅(qū)動信號脈沖的脈沖長度的調(diào)節(jié)信號。替選地或附加地，可以在步驟33b和34b中檢測一第二測量信號，其代表一通過所述至少一個半導(dǎo)體開關(guān)的電流，并且根據(jù)所述第二測量信號產(chǎn)生一用于調(diào)節(jié)所述驅(qū)動信號脈沖的脈沖長度的調(diào)節(jié)信號。
[0040]所述方法30原則上可以在所述逆變器的任何運行模式下執(zhí)行。尤其是所述方法30可以在所述逆變器的通常的正常運行中執(zhí)行。在該情況下可以例如在一空轉(zhuǎn)模式中或在調(diào)節(jié)運行中對所述半導(dǎo)體開關(guān)中的應(yīng)該處于閉合狀態(tài)下的一個或多個半導(dǎo)體開關(guān)在該時間段期間進(jìn)行脈沖地操控。然后，所述一個或多個半導(dǎo)體開關(guān)短時地有助于所述中間回路電容器的放電。在此情況下要注意的是，通過所述逆變器輸出的電壓信號不被歪曲或至少僅極小地被歪曲。
[0041]在低轉(zhuǎn)速電機的情況下例如在一永磁激勵的同步機的情況下，在一空轉(zhuǎn)模式中所述中間回路電壓的減小就已經(jīng)可以是有利的，用以避免在該同步機中的不希望的力矩的產(chǎn)生。在此情況下，所述中間回路電壓可以例如利用所述方法30事先被減少到一與磁極轉(zhuǎn)子電壓相關(guān)的值上。
[0042]但特別有利的是，所述方法30在所述逆變器的一“主動的短路”中執(zhí)行，也就是說，在如下模式中，在該模式中所述電機的馬達(dá)繞組在故障情況下能夠可靠地被短路。例如可以在出現(xiàn)一故障，例如在所述控制調(diào)節(jié)器的電壓供給失效的情況下，在車輛事故的情況下或在其它的危害所述電驅(qū)動系統(tǒng)的運行安全性的情況下，激活所述“主動的短路”，從而所述橋支路的一個橋側(cè)的所有半導(dǎo)體開關(guān)、例如所述高邊開關(guān)被置入到一閉合的狀態(tài)中，并且所述橋支路的另一橋側(cè)的所有半導(dǎo)體開關(guān)、例如所述低邊開關(guān)被置入到一打開的狀態(tài)中。不言而喻，所述高邊開關(guān)和所述低邊開關(guān)的操控可以分別反過來進(jìn)行。由此可以安全且可靠地經(jīng)由所述閉合的半導(dǎo)體開關(guān)來使所述電機短路。
[0043]在狀態(tài)“主動的短路”中分別打開的半導(dǎo)體開關(guān)、例如所述低邊開關(guān)，可以代替在一持久打開的狀態(tài)中經(jīng)由所述方法30 “節(jié)拍式操控”，也就是說，通過脈沖的操控運行分別被短時間地置入到閉塞性和導(dǎo)通性之間的狀態(tài)中。由此一電流通過所述脈沖地操控的半導(dǎo)體開關(guān)流動，其電流強度例如可經(jīng)由所述驅(qū)動信號脈沖的脈沖長度調(diào)節(jié)到一希望的值上。由此可以使所述中間回路電容器經(jīng)由所述半導(dǎo)體開關(guān)在脈沖運行中放電。在此情況下所述半導(dǎo)體開關(guān)可以熱力地連接到一冷卻裝置或所述電驅(qū)動系統(tǒng)的周圍空氣上，從而可以快速且可靠地輸出在放電時所產(chǎn)生的熱。原則上可以的是，根據(jù)所希望的放電持續(xù)時間的不同，將任意數(shù)量的半導(dǎo)體開關(guān)或橋支路納入到快速放電運行中。
【權(quán)利要求】
1.用于操控逆變器(10)的半導(dǎo)體開關(guān)(1)的控制裝置(4)，具有: 一操控電路(16)，其構(gòu)造用于根據(jù)一通過所述逆變器(10)的控制調(diào)節(jié)器(50)所產(chǎn)生的開關(guān)信號(5)產(chǎn)生一驅(qū)動信號(18);以及 一驅(qū)動電路(15)，其耦合在所述操控電路(16)和所述半導(dǎo)體開關(guān)(1)的控制輸入端(13)之間，并且其構(gòu)造用于接收所述驅(qū)動信號(18)，并且根據(jù)所述驅(qū)動信號(18)產(chǎn)生一操控所述半導(dǎo)體開關(guān)(1)的控制信號(7 )并且供給到所述半導(dǎo)體開關(guān)(1)的控制輸入端(13 )中，其中，所述操控電路(16)構(gòu)造用于將所述驅(qū)動信號(18)作為一連串的具有預(yù)設(shè)的并且能調(diào)節(jié)的脈沖長度(T)的驅(qū)動信號脈沖(18k)來產(chǎn)生，從而所述半導(dǎo)體開關(guān)(1)在利用所述控制信號(7)操控的情況下在所述脈沖長度(T)期間沒有完全導(dǎo)通。
2.按照權(quán)利要求1所述的控制裝置(4)，其中，所述脈沖長度(T)能夠以如下方式調(diào)節(jié)，使得所述半導(dǎo)體開關(guān)(1)在利用所述控制信號(7)操控的情況下具有一預(yù)設(shè)的電流值。
3.按照權(quán)利要求1和2之一所述的控制裝置(4)，還具有: 一調(diào)節(jié)電路(17)，其與所述操控電路(16)耦合，并且其構(gòu)造用于產(chǎn)生一用于調(diào)節(jié)所述驅(qū)動信號(18)的調(diào)節(jié)信號(19)，并且供給到所述操控電路(16)中。
4.按照權(quán)利要求3 所述的控制裝置(4)，其中，所述調(diào)節(jié)電路(17)構(gòu)造用于檢測一第一測量信號(9)，其代表中間回路電壓，并且根據(jù)所述第一測量信號(9)產(chǎn)生所述調(diào)節(jié)信號(19)。
5.按照權(quán)利要求3和4之一所述的控制裝置(4)，其中，所述調(diào)節(jié)電路(17)與所述半導(dǎo)體開關(guān)(1)的電流傳感器輸出端(14)耦合，并且構(gòu)造用于檢測一第二測量信號(8)，其代表一通過所述半導(dǎo)體開關(guān)(1)的電流，并且根據(jù)所述第二測量信號(8)產(chǎn)生所述調(diào)節(jié)信號(19)。
6.按照權(quán)利要求3至5之一所述的控制裝置(4)，其中，所述驅(qū)動電路(15)具有一能調(diào)節(jié)的用于產(chǎn)生所述控制信號(7)的控制電阻，并且其中，所述操控電路(16)構(gòu)造用于根據(jù)所述調(diào)節(jié)信號(19)產(chǎn)生一用于調(diào)節(jié)所述能調(diào)節(jié)的控制電阻的調(diào)整信號(20)并且供給到所述驅(qū)動電路(15)中。
7.按照權(quán)利要求1至6之一所述的控制裝置(4)，其構(gòu)造用于操控一IGBT開關(guān)(1)。
8.按照權(quán)利要求1至7之一所述的控制裝置(4)，其中，所述逆變器(10)具有一半橋電路，并且其中，所述操控電路(16)構(gòu)造用于利用所述驅(qū)動信號(18)操控一半橋的半導(dǎo)體開關(guān)(1)中的一個半導(dǎo)體開關(guān)并且持久地閉合所述半橋的半導(dǎo)體開關(guān)(I)中的另外的半導(dǎo)體開關(guān)。
9.用于η相電機(3)的驅(qū)動系統(tǒng)(100)，其中，η≥1，所述系統(tǒng)具有: 一中間回路電容器(2)，其與兩個輸入電壓接口(Τ+ ;Τ_)連接； 一具有大量半導(dǎo)體開關(guān)(la.....1f)的逆變器(10)，所述逆變器與所述中間回路電容器(2)耦合，從所述中間回路電容器(2)中被供給電能并且構(gòu)造用于產(chǎn)生一用于所述電機(3)的η相的供給電壓； 大量的按照權(quán)利要求1至8之一所述的控制裝置(4a.....4f)，它們分別構(gòu)造用于產(chǎn)生一用于操控所述逆變器(10)的半導(dǎo)體開關(guān)(la.....1f)中的一個半導(dǎo)體開關(guān)的控制信號(7a、...、7f);以及 一控制調(diào)節(jié)器(50)，其與所述大量的控制裝置(4a.....4f)耦合，并且其構(gòu)造用于產(chǎn)生用于所述逆變器(10)的半導(dǎo)體開關(guān)(la.....1f)的開關(guān)信號(5a.....5f)。
10.按照權(quán)利要求9所述的驅(qū)動系統(tǒng)(100)，其中，所述半導(dǎo)體開關(guān)(la.....1f)是IGBT開關(guān)。
11.按照權(quán)利要求9和10之一所述的驅(qū)動系統(tǒng)(100)，其中，所述逆變器(10)具有一半橋電路，并且其中，所述操控電路(16)構(gòu)造用于利用所述驅(qū)動信號(18)操控一半橋的半導(dǎo)體開關(guān)(I)中的一個半導(dǎo)體開關(guān)并且持久地閉合所述半橋的半導(dǎo)體開關(guān)(I)中的另外的半導(dǎo)體開關(guān)。
12.用于操控逆變器(10)的方法(30)，具有如下步驟: 產(chǎn)生(31) —用于所述逆變器(10)的半導(dǎo)體開關(guān)(la.....1f)中的至少一個半導(dǎo)體開關(guān)的驅(qū)動信號(18)，其中，所述驅(qū)動信號(18)具有一連串驅(qū)動信號脈沖(18k);并且 放大(32)所述驅(qū)動信號(18)用以產(chǎn)生一控制信號(7a.....7f)，所述控制信號操控所述至少一個半導(dǎo)體開關(guān)(la.....1f), 其中，所述驅(qū)動信號脈沖(18k)分別具有一預(yù)設(shè)的且能調(diào)節(jié)的脈沖長度(T)，從而所述半導(dǎo)體開關(guān)(la.....1f)在利用所述控制信號(7a.....7f)操控的情況下在所述脈沖長度(T)期間沒有完全導(dǎo)通。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法(30)，還具有下列步驟: 檢測(33a) —第一測量信號(9)，其代表所述中間回路電壓；并且 根據(jù)所述第一測量信號(9)產(chǎn)生(34a) —用于調(diào)節(jié)所述驅(qū)動信號脈沖(18k)的脈沖長度(T)的調(diào)節(jié)信號(19)。
14.按照權(quán)利要求12和13之一所述的方法(30)，還具有下列步驟: 檢測(33b) —第二測量信號(8)，其代表一通過所述至少一個半導(dǎo)體開關(guān)(la、lf)的電流；并且 根據(jù)所述第二測量信號(8)產(chǎn)生(34b) —用于調(diào)節(jié)所述驅(qū)動信號脈沖(18k)的脈沖長度(T)的調(diào)節(jié)信號(19)。
【文檔編號】H02M1/36GK103998281SQ201280063404
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月20日
【發(fā)明者】E.埃伯萊因, A.舍恩克內(nèi)希特 申請人:羅伯特·博世有限公司