【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于操控电机的逆变器、一种用于操作逆变器的方法以及一种安全控制装置。
技术介绍
1、在现代具有电驱动的车辆应用中，逆变器的或逆变器中的供能电路也称为pdn或pdtn(配电电网或配电电网树，英语：power distribution network或power distributionnetwork tree)。该配电电网的任务是将电力分配给逆变器的各个用电设备，例如传感器、通信电路(例如can、lin收发器)，特别是高侧(hs)和低侧(ls)开关的栅极驱动器电路，以及功能安全电路或mcu(微控制器单元，英语：microcontoller unit)等。从这个意义上说，逆变器是一种设备，它有内部供能电路及其所供应的部件，包括开关，例如以半桥的形式，以及用于连接外部电源和电机的连接部。
2、如今，出于功能安全的要求，pdn可能有两种主要电源。电动汽车(ev)的常见电源是低压电池(例如12v)，也称为kl30电网或低压电网。第二电源可以是高压直流电池或具有例如800v或400v标称电压的高压直流母线(高压电网)。这种高压或高电压系统尤其可以用作电车辆驱动器的能源，例如永磁同步马达(pmsm)，其通过逆变器连接到高压电网。
3、如果发生事故或紧急停机，逆变器应转换到预定义的安全状态。为了避免中间电路电容器被电机充电(特别是在使用pmsm时)，通常使用有源短路(有源短路，英语：activeshort circuit，asc)技术，其中通常闭合所有低侧(ls)开关或所有高侧(hs)开关，从而停止从电
4、本专利技术旨在改进这一概念，以便即使在所涉及部件的电源出现问题的情况下也能可靠地实现安全状态。
技术实现思路
1、根据本专利技术，提出了具有独立权利要求的特征的用于操控电机、特别是车辆中的电机的逆变器、用于操作逆变器的方法以及安全控制装置。有利的改进是从属权利要求和以下描述的主题。应当强调的是，下面描述的特征和优点同样适用于逆变器及其操作方法。
2、本专利技术描述了一种改进逆变器中的电源的可能性，使得即使在发生故障的情况下也能可靠地实现车辆中的逆变器或电机的安全状态。
3、具体来说，逆变器具有至少三个不同的能源供应支路，即高压支路、低压支路和替换供应支路。高压支路设计为连接到高压电网(特别是在车辆中)，低压支路设计为连接到低压电网(特别是在车辆中)，其中高压电网的标称电压电平高于低压电网的标称电压电平。高压支路和低压支路具有相应的连接部，用于连接到高压电网或低压电网。这些连接部特别是从逆变器的壳体引出。
4、高压电网的标称电压电平(下文中也称为高压电平)可以例如显着高于特别是60v的允许接触电压，例如高达几百伏。例如，当前的电动汽车中经常使用400v或800v的高电压电平。低压电网和替换供应支路的标称电压电平尤其可以基本上相同，也就是说，它们可以彼此相差例如5v的最大阈值，并且可以例如对应于常见的车辆低电压，例如12v或24v。
5、高压支路通过操作直流电压变换器连接到低压支路，低压支路通过与操作直流电压变换器不同的替换供应直流电流变换器连接到替换供应支路。以此方式，即使高压支路或操作直流电压变换器出现问题，如果直流电压变换器相应地运行，低压支路中的用电设备也可以得到电力或能量。如果操作直流电压变换器出现故障，替换供应支路仍可供电。用于电机的逆变器电路或整流器电路连接在高压支路中。由于替换供应直流电压变换器由低压支路或低压电网供电，其原则上已经具有合适的电压。其在电气和安全技术方面可以很容易地设计。例如，可以规定，替换供电直流电压变换器将12v(标称电压)的低电压转换为稍高的值，例如15v至20v，这更适合为电子部件等供电。
6、如已知的，逆变器电路或整流器电路用于将电机的交流电压连接部连接至高压网络的直流电压连接部。为此，逆变器电路具有多个半导体开关，每个半导体开关都可以根据操控信号打开(不导通)和闭合(导通)。半导体开关可以包括mosfet和igbt，例如氮化镓(gan)或碳化硅(sic)fet。
7、逆变器电路又由低压支路供应能量或电力。在一个实施例中，逆变器电路可以具有多个高侧半导体开关和多个低侧半导体开关以及分别用于一个或多个半导体开关的至少一个栅极驱动器电路，其中该用于高侧或低侧半导体开关的至少一个栅极驱动器电路由低压支路供应能量。栅极驱动器电路用于将操控信号施加到半导体开关的控制连接部(例如mosfet的栅极连接部)。在一个实施例中，至少ls半导体开关的栅极驱动器电路(下文中称为ls栅极驱动器电路)和/或hs半导体开关的栅极驱动器电路(下文中称为hs栅极驱动器电路)由替换供应支路供应或能够由替换供应支路供应。因此，例如，在低压支路发生故障或失效的情况下，仍然可以通过有源短路实现安全状态。用于高侧或低侧半导体开关的至少一个栅极驱动器电路可以由至少一个偏置电压供应电路供应电压，该偏置电压供应电路又由替换供应支路供应或可以供应能量。替代地，用于高侧或低侧半导体开关的至少一个栅极驱动器电路也可以绕过偏置电压供应电路而直接由替换供应支路供应能量。
8、逆变器还具有安全控制装置，该安全控制装置也由低压支路供应能量。安全控制装置设置为在存在关断情况时将逆变电路切换到安全状态。这尤其可能导致有源短路(确定有源短路(hs/ls)的类型并闭合所有hs开关或闭合所有ls开关)。特别是当发生或检测到故障时确定关闭情况的存在。
9、为了提高功能安全性，逆变器电路和安全控制装置现在也由或者可以由替换供应支路供应能量。
10、根据本专利技术的用于操作根据本专利技术的逆变器的方法包括在存在关断情况的情况下使逆变器电路进入安全状态。
11、特别是在程序和/或电路技术方面，设置根据本专利技术的安全控制装置，例如集成电路(例如ic、asic或fpga)，以执行根据本专利技术的方法。
12、本专利技术显着提高了逆变器的功能安全性，这在人身安全方面具有特殊的优势，特别是在具有高压支路的情况下。本专利技术仅需要很少的常规构件来实现，因此可以非常容易且成本有效地实现。
13、在一个实施例中，操作直流电压变换器和替换供应直流电压变换器中的每一个都可以是非绝缘直流电压变换器，例如降压变换器(降压变换器，英语：buck converter)、同步变换器、sepic变换器(单端初级电感变换器，英语：single ended primary inductanceconverter)、变换器、zeta变换器等。在非绝缘直流电压变换器中，在输入电网和输出电网之间没有电流分离。这些通常使用起来很便宜。
14、在一个实施例中，操作直流电压变换器和替换供应直流电压变换器中的每一个也都可以是绝缘直流电压变换器，例如反激变换器(逆向变换器，英语：fly-backconverter)、正激变换器(正向变换器，英语：forward converter)、推挽式流量变换器(推挽式变换器，英语本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于操控电机(500)的逆变器(100)，所述逆变器(100)具有：
2.根据权利要求1所述的逆变器(100)，其中，阻断电路(40a、40b)布置在低压支路(120)和替换供应支路(130)之间，阻断电路防止低压支路(120)和替换供应支路(130)之间的能量流动。
3.根据权利要求1或2所述的逆变器(100)，其中，低压支路(120)包括逆变器支路(120a)和供应支路(120b)，其中逆变器电路(115)和安全控制装置(123)由逆变器支路(120a)供应能量，其中供应支路(120b)被设计为连接到电压供应，
4.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器(100)，其中，操作直流电压变换器(10)能够通过第一安全断开电路(31)与剩余的低压支路(120)分离，和/或能够通过第一高压断开电路(F1)与剩余的高压支路(110)分离。
5.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器(100)，其中，逆变器电路(115)具有多个高侧半导体开关(116a)和多个低侧半导体开关(116b)以及用于高侧和低侧半导体开关的至少一个栅极驱动器电路(2
6.根据权利要求5所述的逆变器(100)，其中，用于高侧半导体开关(116a)的至少一个栅极驱动器电路(210)能够通过第二安全断开电路(32)与剩余的低压支路(120)分离。
7.根据权利要求5或6所述的逆变器(100)，其中，用于低侧半导体开关(116b)的至少一个栅极驱动器电路(310)能够通过第三安全断开电路(33)与剩余的低压支路(120)分离。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的逆变器(100)，其中，用于低侧半导体开关(116b)的至少一个栅极驱动器电路(310)和/或用于高侧半导体开关(116a)的至少一个栅极驱动器电路(210)由替换供应支路(130)供应能量或能够由替换供应支路(130)供应能量。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的逆变器(100)，其中，用于半导体开关的至少一个栅极驱动器电路(210；310)各自具有用于高侧半导体开关(116a)和/或低侧半导体开关(116b)中每一个的恰好一个栅极驱动器电路(210；310)。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的逆变器(100)，其中，用于高侧和低侧半导体开关的至少一个栅极驱动器电路(210；310)由至少一个偏置电压供应电路(230；330)供应电压，其中至少一个栅极驱动器电路(210；310)和/或至少一个偏置电压供应电路(230；330)由低压支路(120)供应能量。
11.根据权利要求10所述的逆变器(100)，其中，用于高侧半导体开关的至少一个栅极驱动器电路(210)和/或用于低侧半导体开关的至少一个栅极驱动器电路(310)与至少一个偏置电压供应电路(230；330)之间的连接线(VCC2)连接到低压支路(120)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器(100)，其中，逆变器支路(120a)能够通过第四安全断开电路(34)与供应支路(120b)和/或替换供应支路(130)分离。
13.根据权利要求4至12中任一项所述的逆变器(100)，其中，安全控制装置(123)被设置成当第一、第二、第三和第四安全断开电路(31-34)中的至少一个处于非导通状态时确定关断情况的存在。
14.根据权利要求4至13中任一项所述的逆变器(100)，其中，第一、第二、第三和第四安全断开电路(31-34)中的至少一个具有在输入端(404)和输出端(405)之间的至少一个电子开关(401、402)并且具有控制电路(403)，其中控制电路(403)被设计为根据控制信号打开或关闭至少一个电子开关(401、402)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器(100)，其中，安全控制装置(123)和/或逆变器电路(115)具有至少两个安全逻辑电路(123a、123b)，其中至少两个安全逻辑电路中的第一安全逻辑电路(123a)由低压支路(120)供应能量或能够由低压支路(120)供应能量，并且至少两个安全逻辑电路中的第二安全逻辑电路(123b)由替换供应支路(130)供应能量或能够由替换供应支路(130)供应能量。
16.一种用于操作根据前述权利要求中任一项所述的逆变器(100)的方法，包括：在存在关断情况时，使逆变器电路(115)进入安全状态。
17.根据权利要求16所述的方法，包括：当第一、第二、第三和第四安全断开电路(3...
【技术特征摘要】
1.用于操控电机(500)的逆变器(100)，所述逆变器(100)具有：
2.根据权利要求1所述的逆变器(100)，其中，阻断电路(40a、40b)布置在低压支路(120)和替换供应支路(130)之间，阻断电路防止低压支路(120)和替换供应支路(130)之间的能量流动。
3.根据权利要求1或2所述的逆变器(100)，其中，低压支路(120)包括逆变器支路(120a)和供应支路(120b)，其中逆变器电路(115)和安全控制装置(123)由逆变器支路(120a)供应能量，其中供应支路(120b)被设计为连接到电压供应，
4.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器(100)，其中，操作直流电压变换器(10)能够通过第一安全断开电路(31)与剩余的低压支路(120)分离，和/或能够通过第一高压断开电路(f1)与剩余的高压支路(110)分离。
5.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器(100)，其中，逆变器电路(115)具有多个高侧半导体开关(116a)和多个低侧半导体开关(116b)以及用于高侧和低侧半导体开关的至少一个栅极驱动器电路(210；310)，其中至少一个栅极驱动器电路(210；310)由低压支路(120)或逆变器支路(120a)供应能量。
6.根据权利要求5所述的逆变器(100)，其中，用于高侧半导体开关(116a)的至少一个栅极驱动器电路(210)能够通过第二安全断开电路(32)与剩余的低压支路(120)分离。
7.根据权利要求5或6所述的逆变器(100)，其中，用于低侧半导体开关(116b)的至少一个栅极驱动器电路(310)能够通过第三安全断开电路(33)与剩余的低压支路(120)分离。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的逆变器(100)，其中，用于低侧半导体开关(116b)的至少一个栅极驱动器电路(310)和/或用于高侧半导体开关(116a)的至少一个栅极驱动器电路(210)由替换供应支路(130)供应能量或能够由替换供应支路(130)供应能量。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的逆变器(100)，其中，用于半导体开关的至少一个栅极驱动器电路(210；310)各自具有用于高侧半导体开关(116a)和/或低侧半导体开关(116b)中每一个的恰好一个栅极驱动器电路(210；310)。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的逆变器(100)，其中，用于高侧和低侧半导体开关的至少一个栅极驱动器电路(210；310)由至少一个偏置电压供应电路(230；330)供应电压，其中至少一个栅极驱动器电路(210；310)和/或至少一个偏置电压供应电路(230；330)由低压支路(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：妮玛·萨达特，
申请(专利权)人：SEG汽车德国有限公司，
类型：发明
国别省市：
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