用于使逆变器的电容器放电的设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于操控逆变器的半导体开关的控制设备，具有：开关信号放大装置，其被设计为对通过逆变器的控制调节装置所产生的开关信号进行放大，并且产生以开关运行来操控半导体开关的第一开关控制信号；电流调节装置，其与半导体开关的电流传感器输出端耦合，并且被设计为产生以线性运行来操控半导体开关的第二开关控制信号；和选择装置，其与开关信号放大装置和电流调节装置耦合，并且被设计为根据至少一个运行选择信号要么输出第一开关控制信号要么输出第二开关控制信号来操控半导体开关的控制端子。

Apparatus and method for discharging a capacitor of an inverter

The invention relates to a control device for semiconductor switch control of the inverter has a switch signal amplification device, which is designed to amplify the signal generated by the inverter switch control device, and generates a first switch to switch to control the operation of semiconductor switch control signal; current regulator, the current sensor the output terminal of the switch and the semiconductor coupling, and is designed to produce second switch to linear operation to control the semiconductor switch control signal; and a selection device, and the switch signal amplifying device and current adjusting device coupling, and is designed according to at least one control terminal selection signal or output control signal or the output of the second switch control signal to control the operation of the first semiconductor switch switch.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于逆变器的半导体开关的控制设备和一种用于操控逆变器、尤其是用于运行处于紧急放电运行中的逆变器的方法。
技术介绍
电动和混合动力交通工具常常在牵引电池和电机之间的驱动系统中具有一般构建为电压中间电路变频器的功率电子电路部件。在此，直流电压中间电路充当牵引电池和逆变器之间的耦合构件，该逆变器可被操控用于将来自直流电压中间电路的电功率传输给电机。逆变器例如可以实施为具有一定数量的桥式分支的全桥电路，所述桥式分支每个都具有两个半导体开关。在此，桥式分支的与直流电压中间电路的第一输出端子连接的半导体开关可以分别被称为高压侧开关，并且桥式分支的与直流电压中间电路的第二输出端子连接的半导体开关可以分别被称为低压侧开关。作为半导体开关在此可以例如使用具有反并联的二极管的IGBT模块（具有绝缘栅电极的双极晶体管）或使用MOSFET（金属氧化物场效应晶体管）。为了操控逆变器使用为半导体开关产生开关信号的控制调节装置。在故障情况下出于安全原因对控制调节装置提出不同的要求。例如可能需要在故障情况下使电机的发动机绕组可靠地短路。这可以通过闭合所有的高压侧开关以及断开所有的低压侧开关（或者相反地）来实现，这也被称为“主动短路”。此外在故障情况下有必要对直流电压中间电路快速地和可靠地放电，尤其是在控制调节装置的供给电压失灵时也是如此。这可以通过紧急放电来实现。这样的紧急放电被要求规范地在5秒钟的最大紧急放电时间内，以便能够确保交通工具的电运行安全性。文献US2005/0231171A1公开了一种具有电发动机、脉冲逆变器和中间电路电容器的电驱动系统。所述中间电路电容器可以经由脉冲逆变器的对应的开关运行来受控地放电。
技术实现思路
根据一个方面，本专利技术提供一种用于操控逆变器的半导体开关的控制设备，具有：开关信号放大装置，其被设计为对通过逆变器的控制调节装置所产生的开关信号进行放大，并且产生以开关运行来操控半导体开关的第一开关控制信号；电流调节装置，其与半导体开关的电流传感器输出端耦合，并且其被设计为产生以线性运行来操控半导体开关的第二开关控制信号；和选择装置，其与开关信号放大装置和电流调节装置耦合，并且其被设计为根据至少一个运行选择信号要么输出第一开关控制信号要么输出第二开关控制信号来操控半导体开关的控制端子。根据另一方面，本专利技术提供一种用于n相电机的驱动系统，其中n≥1，该驱动系统具有：中间电路电容器，其与两个输入电压端子连接；具有多个半导体开关的逆变器，该逆变器与中间电路电容器耦合，由该中间电路电容器馈送电能，并且被设计为产生用于所述电机的n相供给电压；多个根据本专利技术的控制设备，这些控制设备分别被设计为产生用于逆变器的半导体开关的开关控制信号；和控制调节装置，其与多个控制设备耦合并且被设计为产生用于逆变器的半导体开关的开关信号。根据另一方面，本专利技术提供一种用于操控逆变器的方法，具有步骤：放大用于逆变器的每一个半导体开关的开关信号以产生多个分别以开关运行来操控半导体开关的第一开关控制信号；测量通过每个半导体开关的电流的电流强度；根据所测量的通过半导体开关的电流的电流强度产生多个分别以线性运行操控半导体开关的第二开关控制信号；以及根据用于每一个半导体开关的至少一个运行选择信号选择第一开关控制信号或第二开关控制信号来操控每一个半导体开关的控制端子。本专利技术的优点本专利技术的构思在于，为电运行交通工具中的逆变器的半导体开关构造控制设备，该控制设备可以实现紧急放电，而不会依赖于附加的组件。紧急放电在此经由在逆变器中无论如何都存在的半导体开关执行。由此省去了设置专用的紧急放电电路的必要性，这可以带来显著的成本和结构空间节省。本专利技术的优点是可以如下地操控构造有本专利技术控制设备的逆变器（该逆变器包括多个分别具有两个半导体开关的桥式分支）：至少一个运行选择信号说明逆变器的紧急放电运行。在紧急放电运行中，利用第一开关控制信号来操控逆变器的低压侧开关——也就是每一个桥式分支的桥一侧上的半导体开关，并且利用第二开关控制信号来操控逆变器的高压侧开关——也就是每一个桥式分支的桥另一侧上的半导体开关。由此得出逆变器的输入端子与逆变器的对应输出端子经由以线性运行被操控的半导体开关的耦合，所述半导体开关于是作为电流调节器来运行。这所提供的优点是，连接到逆变器的输入端子上的中间电路电容器可以经由以线性运行的半导体开关快速和可靠地放电。在此特别有利的是，一方面不必构造用于使中间电路电容器放电的另外的电路部件，这节省了空间和制造成本。另一方面，半导体开关无论如何都要非常良好地与周围环境热连接，从而经由逆变器使中间电路电容器放电不会引起驱动系统过热。根据一个实施方式，控制设备此外可以包括电流监视装置，该电流监视装置与半导体开关的电流传感器输出端和开关信号放大装置耦合，并且被设计为当通过半导体开关的电流超过预定电流阈值时操控开关信号放大装置以产生断开半导体开关的第一开关控制信号。所述电流监视装置有利地提供了在操控处于开关运行中的半导体开关时的针对短路的保护。根据另一实施方式，所述控制设备被设计用于操控IGBT开关。这所提供的优点是，电流调节装置与IGBT开关的集电极端子耦合并且由该集电极端子供给运行电压。由此在操控逆变器时不需要附加的部件。本专利技术实施方式的其他特征和优点从参照附图的以下描述中得出。附图说明图1示出根据本专利技术一个实施方式的交通工具的电驱动系统的示意图；图2示出根据本专利技术另一个实施方式的用于半导体开关的控制设备的示意图；以及图3示出根据本专利技术另一个实施方式的用于操控逆变器的方法的示意图。具体实施方式图1示出交通工具的电驱动系统100的示意图。该电驱动系统100包括两个输入端子T＋和T－，它们可以例如通过交通工具的储能装置如高压电池或牵引电池被供给高压。输入端子T+和T-与具有中间电路电容器2的直流电压中间电路连接。该中间电路电容器2经由输出端子与逆变器10、例如脉冲逆变器10的输入端子连接。图1中所示的具有中间电路电容器2和逆变器10的电压中间电路变频器示例性地示出为三相变频器，也就是说，逆变器10包括分别具有两个半导体开关的三个桥式分支。第一桥式分支例如包括半导体开关1a和1d，第二桥式分支例如包括半导体开关1b和1e，并且第三桥式分支例如包括半导体开关1c和1f。在此，桥一侧的半导体开关1a、1b、1c被称为高压侧开关，而桥另一侧的半导体开关1d、1e、1f被称为低压侧开关。在此应当清楚的是，电压中间电路变频器的任何其他的桥式分支数或相数同样是可行的，并且半导体开关1a至1f仅仅是示例性地被选择称为高压侧开关和低压侧开关。图1中所示的半导体开关1a至1f在此可以例如具有场效应晶体管（FET）。在一个可能的实施方式中，半导体开关分别是IGBT（绝缘栅双极晶体管），但是同样可以设置对应形式的其他半导体开关，例如JFET（结型场效应晶体管）或者MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）形式的半导体开关。当半导体开关1a至1f具有IGBT开关时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于操控逆变器（10）的半导体开关（1）的控制设备（4），具有：开关信号放大装置（15），其被设计为对通过逆变器（100）的控制调节装置（50）所产生的开关信号（5）进行放大，并且产生以开关运行来操控半导体开关（1）的第一开关控制信号（25）；电流调节装置（18），其与半导体开关（1）的电流传感器输出端（14）耦合，并且被设计为产生以线性运行来操控半导体开关（1）的第二开关控制信号（28）；和选择装置（17），其与开关信号放大装置（15）和电流调节装置（18）耦合，并且被设计为根据至少一个运行选择信号（6）要么输出第一开关控制信号（25）要么输出第二开关控制信号（28）来操控半导体开关（1）的控制端子（13）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.04 DE 102011083945.31.用于操控逆变器（10）的半导体开关（1）的控制设备（4），具有：
开关信号放大装置（15），其被设计为对通过逆变器（100）的控制调节装置（50）所产生的开关信号（5）进行放大，并且产生以开关运行来操控半导体开关（1）的第一开关控制信号（25）；
电流调节装置（18），其与半导体开关（1）的电流传感器输出端（14）耦合，并且被设计为产生以线性运行来操控半导体开关（1）的第二开关控制信号（28）；和
选择装置（17），其与开关信号放大装置（15）和电流调节装置（18）耦合，并且被设计为根据至少一个运行选择信号（6）要么输出第一开关控制信号（25）要么输出第二开关控制信号（28）来操控半导体开关（1）的控制端子（13）。
2.根据权利要求1所述的控制设备（4），其中线性运行通过如下方式实现，即利用如下电压值来操控半导体开关（1）的控制端子（13），所述电压值位于用于接通半导体开关（1）的电压值和用于关断半导体开关（1）的电压值之间，或者其中线性运行通过如下方式实现，即半导体开关（1）的控制端子（13）被升高到用于接通的电压值预定义的时间段，并且之后又在半导体开关（1）到达全导通之前被降低到用于关断半导体开关（1）的电压值。
3.根据权利要求1或2所述的控制设备（4），此外具有：
电流监视装置（16），其与半导体开关（1）的电流传感器输出端（14）和开关信号放大装置（15）耦合，并且其被设计为当通过半导体开关（1）的电流超过预定电流阈值时操控开关信号放大装置（15）以产生断开半导体开关（1）的第一开关控制信号（25）。
4.根据权利要求3所述的控制设备（4），其中所述电流监视装置（16）被设计为当以线性运行操控半导体开关（1）时操控开关信号放大装置（15）来产生断开半导体开关（1）的第一开关控制信号（25）。
5.根据权利要求1至4之一所述的控制设备（4），其被设计用于操控IGBT开关（1）。
6.根据权利要求5所述的控制设备（4），其中电流调节装置（18）与IGBT开关（1）的集电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：A肖恩克内特，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE