CN103457505A - 逆变器的半导体开关的控制设备和用于激励逆变器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及逆变器的半导体开关的控制设备和用于激励逆变器的方法。本发明涉及一种用于激励逆变器的半导体开关的控制设备，其具有：激励电路，其被设计用于根据通过逆变器的控制调节装置产生的开关信号产生驱动信号；和驱动电路，其被耦合在激励电路与半导体开关的控制输入之间，并且所述驱动电路被设计用于接收驱动信号而且根据驱动信号产生激励半导体开关的控制信号并且将该控制信号馈入到半导体开关的控制输入中；以及调节电路，所述调节电路与激励电路相耦合并且所述调节电路被设计用于在半导体开关断开时检测与在半导体开关上降落的电压有关的电压信号、产生与电压信号有关的用于调节驱动信号的调节信号，并且将调节信号馈入到激励电路中。

Description

逆变器的半导体开关的控制设备和用于激励逆变器的方法

技术领域

本发明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激励（Ansteuern）逆变器的方法、尤其是用于操作在快速放电工作（Schnellentladebetrieb）中的逆变器的方法。

背景技术

电动车辆和混合动力车辆在牵引用蓄电池（Traktionsbatterie）与电机之间的传动系统中常常具有功率电子电路部件，这些功率电子电路部件通常被建立为间接电压换流器（Spannungszwischenkreisumrichter）。在此，直流中间回路（Gleichspannungszwischenkreis）用作牵引用蓄电池与逆变器之间的耦合环节，该耦合环节可以被激励用于将来自直流中间回路的电功率传递到电机上。

逆变器例如可以被实施为具有多个各带有两个半导体开关的桥臂的全桥电路。在此，桥臂的与直流中间回路的第一输出端子连接的半导体开关可以分别被称作高压侧（High-Side）开关，而桥臂的与直流中间回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（Low-Side）开关。在此，例如带有反并联的二极管的IGBT模块（具有绝缘栅电极的双极性晶体管）或者MOSFET（金属氧化物场效应晶体管）可以被用作半导体开关。

为了激励逆变器，使用控制调节装置，该控制调节装置产生用于半导体开关的开关信号。在故障情况下，出于安全原因对控制调节装置提出了各种要求。例如，可需要的是，在故障情况下使电机的发动机绕组安全地短路。这可以通过接通所有高压侧开关和切断所有低压侧开关（或者相反地）来实现，这也被称作“主动短路（Aktiver Kurzschluss）”。

此外，在故障情况下，还需要快速且可靠地使直流中间回路放电，尤其是即使在控制调节装置中的供电电压中断的情况下也如此。这可以通过快速放电来实现。这样的快速放电按标准被要求在为五秒的最大快速放电时间之内，以便能够保证车辆的电操作安全。

出版文献US 2005/0231171 A1公开了一种电传动系统，该电传动系统具有电动机、脉冲逆变器和中间回路电容器。中间回路电容器可以通过脉冲逆变器的相对应的开关工作来受控地被放电。

发明内容

根据一方面，本发明提出了一种用于激励逆变器的半导体开关的控制设备，所述控制设备具有：激励电路，该激励电路被设计用于根据通过逆变器的控制调节装置产生的开关信号来产生驱动信号；以及驱动电路，该驱动电路被耦合在半导体开关的控制输入与激励电路之间，并且该驱动电路被设计用于接收驱动信号以及根据驱动信号产生激励半导体开关的控制信号，而且将该控制信号馈入到半导体开关的控制输入中；以及调节电路，该调节电路与激励电路耦合，并且该调节电路被设计用于在半导体开关断开时检测与在半导体开关上降落的电压有关的电压信号、产生与该电压信号有关的用于调节驱动信号的调节信号以及将该调节信号馈入到激励电路中。

根据另一方面，本发明提出了一种用于n相电机的传动系统，其中n≥1，该传动系统具有：中间回路电容器，该中间回路电容器与两个输入电压端子连接；带有多个半导体开关的逆变器，该逆变器与中间回路电容器耦合，从中间回路电容器中被馈送电能量并且被设计用于产生用于电机的n相供电电压；多个根据本发明的控制设备，所述控制设备分别被设计用于产生用于逆变器的半导体开关之一的开关控制信号；以及控制调节装置，该控制调节装置与多个控制设备相耦合，并且该控制调节装置被设计用于产生用于逆变器的半导体开关的开关信号。

根据另一方面，本发明提出了一种用于激励逆变器的方法，该方法具有如下步骤：产生用于逆变器的半导体开关中的至少一个半导体开关的驱动信号，其中该驱动信号具有驱动信号脉冲序列；放大驱动信号，用于产生激励所述至少一个半导体开关的控制信号；在半导体开关断开时检测与在该半导体开关上降落的电压有关的电压信号；产生与电压信号有关的调节信号；并且通过调节信号来调节驱动信号。

本发明的优点

本发明的思想是，提供一种用于在电操作的车辆中的逆变器的半导体开关的控制设备，该控制设备可以实现可靠且稳健的快速或者应急放电。在此，通过检测和分析在半桥支路或者半导体开关之一上的电压信号的变化过程，确定通过逆变器的半桥支路的换向电流。通过反馈检测到的换向电流，一方面可以执行对放电电路的微调，而另一方面可以实施各种诊断和监控机制，以检验和确保放电电路的按规定的功能性。快速放电或者应急放电在此通过在逆变器中本来就存在的半导体开关来执行，在所述半导体开关上也可以截取所需的电压信号。由此，省去了设置专用的应急放电电路或者诊断电路的必要性，这可带来显著的成本节省和空间节省。

本发明的优点是，配备有根据本发明的控制设备的逆变器（该逆变器包括多个分别带有两个半导体开关的桥臂）可被激励为使得确定数目的桥臂的半导体开关之一分别“被触发（antakten）”，也就是说，激励信号包括短激励脉冲，所述短激励脉冲的脉冲长度恰好被选择得短到使得半导体开关还不能完全导通地被开关，而是短时处于在截止状态与导通状态之间的过渡状态中。在该时间期间，在电流流经相应的半导体开关时，来自中间回路电容器的能量可被转换成热并且这样中间回路中的电压迅速并且有效地被降低。这提供了如下优点：连接到逆变器的输入端子上的中间回路电容器可以快速且可靠地通过半导体开关放电，而电流由于放电无需流经所连接的电机。

在此特别有利的是，一方面不必安装其他电路部件来使中间回路电容器放电，这节约了位置和制造成本。另一方面，半导体开关本来就非常良好地以热学方式被联系到周围环境，使得中间回路电容器通过逆变器的放电不造成传动系统的过热。

有利地，激励脉冲或其持续时间可以通过考虑反馈回路上的电压信号而被最小化。在此，通过例如执行预给定的功能程序、例如快速放电工作并且检验检测到的电压信号是否在按照期望的或可信的范围中，电压信号也可以被用于对控制设备的运行能力进行似然性检验（Plausibilisierung）。此外，通过在正常的快速放电工作中的监控还可以确保，中间回路电压符合功能地被减小，而不是由于控制设备或其他部件（例如保护胶粘剂（Schuetzkleber））的缺陷而在所期望的电压范围之外。

按照根据本发明的控制设备的实施形式，激励电路可以被设计用于，将驱动信号产生为具有可调整的脉冲长度的驱动信号脉冲的序列，使得半导体开关在利用控制信号进行激励时在所述脉冲长度期间不能完全导通。

按照根据本发明的控制设备的另一实施形式，可以根据电压信号可调整脉冲长度，使得半导体开关在利用控制信号进行激励时具有预先确定的电流值。

按照根据本发明的控制设备的另一实施形式，在半导体开关的集电极端子上或者在逆变器的桥臂上的电压信号可以是可检测的。

按照根据本发明的控制设备的另一实施形式，调节电路可以被设计用于，在半导体开关断开期间对电压信号进行积分，确定在被积分的电压信号中的通过半导体开关的最大电流强度，并且根据在所确定的最大电流强度与最大电流强度的可预给定的期望值之间的差输出调节信号。

按照根据本发明的控制设备的另一实施形式，驱动电路可以具有用于产生控制信号的可调整的控制电阻（Steuerwiderstand），并且激励电路被设计用于根据调节信号产生用于调整可调整的控制电阻的置位信号（Stellsignal）而且将所述置位信号馈入到驱动电路中。

按照根据本发明的控制设备的另一实施形式，控制设备可以被设计用于激励IGBT开关。

按照根据本发明的控制设备的另一实施形式，逆变器可以具有半桥电路。在此，激励电路可以被设计用于，利用驱动信号分别激励半桥的半导体开关之一并且使该半桥的半导体开关中的另一半导体开关持续地接通。这对于逆变器的主动短路的实施是特别有利的，其中来自中间回路电容器的能量在电流流经半桥的相应半导体开关之一时可以被转换成热并且这样可以迅速且有效地降低中间回路中的电压。

按照根据本发明的传动系统的实施形式，该传动系统此外还可以包括传感器电路，该传感器电路与控制调节装置耦合，并且该传感器电路被设计用于检测由逆变器输出的用于电机的相电流，其中控制调节装置此外还被设计用于将所检测到的相电流同与在半导体开关上降落的电压有关的电压信号进行比较并且根据该比较来激励多个控制设备的调节电路，用以对调节信号进行校正。由此，相电流传感器装置（Phasenstromsensorik）可以有利地被用于利用在半导体开关上的电压信号进行调准（Abgleich）。这提高了调节电路的精度，因为相电流传感器装置可以提供相电流的更准确的值，尤其是在传动系统正常工作时可提供相电流的更准确的值。

按照根据本发明的方法的实施形式，驱动信号脉冲可以分别具有预先确定的并且可调整的脉冲长度，使得半导体开关在利用控制信号进行激励时在脉冲长度期间不能完全导通。

按照根据本发明的方法的另一实施形式，可以进行对半导体开关的集电极端子上的电压信号或者在逆变器的桥臂上的电压信号的检测。

按照根据本发明的方法的另一实施形式，调节信号的产生可以包括：在半导体开关断开期间对电压信号进行积分，确定在被积分的电压信号中的通过半导体开关的最大电流强度，并且根据在所确定的最大电流强度与最大电流强度的可预给定的期望值之间的差来产生调节信号。

按照根据本发明的方法的另一实施形式，该方法此外还可以包括如下步骤：检测由逆变器输出的用于电机的相电流，将所检测到的相电流同与在半导体开关上降落的电压有关的电压信号进行比较，以及根据该比较对调节信号进行校正。

附图说明

本发明的实施形式的其他特征和优点由随后参照附图的描述被得到。

其中：

图1示出了车辆的根据本发明的实施形式的电传动装置的示意图；

图2示出了半导体开关的根据本发明的另一实施形式的控制设备的示意图；

图3示出了半导体开关的根据本发明的另一实施形式的控制设备的示意图；

图4示出了半导体开关的根据本发明的另一实施形式的控制设备的示意图；

图5示出了半导体开关的根据本发明的另一实施形式的控制设备的示意图；

图6示出了半导体开关的根据本发明的另一实施形式的控制设备的示意图；

图7示出了半导体开关的根据本发明的另一实施形式的控制信号的信号图的示意图；

图8示出了根据本发明的另一实施形式的控制设备的工作中的电流曲线图和电压曲线图的示意图；

图9更详细地（in hoeherem Detail）示出了图1中的间接电压换流器的部分的示意图；以及

图10示出了根据本发明的另一实施形式的用于激励逆变器的方法的示意图。

具体实施方式

图1示出了车辆的电传动系统100的示意图。该电传动系统100包括两个输入端子T+和T-，这两个输入端子T+和T-例如可以通过蓄能装置、如车辆的高压电池或者牵引用蓄电池而被供给高压。输入端子T+和T-与直流中间回路连接，该直流中间回路具有中间回路电容器2。中间回路电容器2通过输出端子与逆变器10（例如脉冲逆变器10）的输入端子连接。图1中所示的带有中间回路电容器2和逆变器10的间接电压换流器示例性地被示为三相换流器，也就是说，逆变器10包括三个各带有两个半导体开关的桥臂。第一桥臂例如包括半导体开关1a和1d，第二桥臂例如包括半导体开关1b和1e，而第三桥臂例如包括半导体开关1c和1f。在此，一个桥侧的半导体开关1a、1b、1c被称作高压侧开关，而另一桥侧的半导体开关1d、1e、1f被称作低压侧开关。在此应清楚的是，间接电压换流器的其他任意数目的桥臂或相同样是可能的，并且将半导体开关1a至1f称作高压侧开关和低压侧开关仅示例性地被选择。

图1中示出的半导体开关1a至1f在此例如可以具有场效应晶体管（FET）。在一种可能的实施形式中，半导体开关分别是IGBT（绝缘栅双极性晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor）），然而同样可能的是，设置相对应形式的其他半导体开关，例如为JFET（结型场效应晶体管（Junction Field-Effect Transistor））或者MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor））。当半导体开关1a至1f具有IGBT开关时，可以设置的是，与IGBT开关中的每个反并联连接在图1中出于清楚原因未示出的二极管。

此外，电传动系统100还具有控制调节装置50，该控制调节装置50 被设计用于产生开关信号5a至5f，所述开关信号5a至5f对半导体开关1a至1f的开关激励进行编码。当半导体开关1a至1f要切断时，开关信号5a至5f在此例如可以具有逻辑低电平，而当半导体开关1a至1f要接通时，开关信号5a至5f可以具有逻辑高电平。控制调节装置50将开关信号5a至5f馈送到相对应的控制设备4a至4f中，所述控制设备4a至4f分别负责激励半导体开关1a至1f之一。

该系统100此外还包括传感器电路51、例如相电流传感器装置，所述传感器电路51与控制调节装置50耦合，并且所述传感器电路51被设计用于检测由逆变器10输出的用于电机3的相电流。尤其是在电机3正常工作时，控制调节装置50接着可以将所检测到的相电流与在半导体开关1a至1f上降落的电压进行比较。通过该比较，控制设备4a至4f可以根据该比较更准确地被校正。传感器电路51或相电流传感器装置在此与控制设备4a至4f中的电压测量相互配合地实施可以被用于监控和诊断目的的似然性检验和调准过程。

以下阐述了控制设备4a与关联的半导体开关1a的耦合，其中其余的控制设备4b至4f中的每个都可以相对应地被耦合。

控制设备4a具有控制输出，控制信号7a通过该控制输出可以向半导体开关1a的控制输入发出，以便控制半导体开关1a的工作。控制设备4a可以通过测量线路检测测量信号8a和/或9a。测量信号8a例如可以是电流测量信号8a，该电流测量信号8a说明通过半导体开关1a的瞬时电流强度。为此，通过其检测测量信号8a的测量线路例如可以与半导体开关1a的电流测量输出相耦合。该测量信号9a例如可以是第一电压信号9a，该第一电压信号9a说明在半导体开关1a的连接端子上的瞬时电压。为此，通过其检测第一电压信号9a的测量线路例如可以与半导体开关1a的集电极端子相耦合，尤其是当半导体开关1a为IGBT开关时可以与半导体开关1a的集电极端子相耦合。

图2至图6示出了半导体开关1的控制设备4的示意图。尤其是，在图2至图6中更详细地示出了控制设备4a至4f和相关的半导体开关1a至1f的示例性实施形式。在图2至图6中所使用的附图标记在此可以分别配备有字母a至f，以便表征在图1中所示的电传动系统100的相应部件。

一般而言，在图2至图6中所示的控制设备4用于激励半导体开关1、尤其是逆变器（如例如图1中的逆变器10）的半导体开关1。半导体开关1在图2至图6中示例性地被示出为IGBT开关，该IGBT开关具有集电极端子11、发射极端子12、栅极或者控制输入13和电流传感器输出14。电流测量信号8可以通过电流传感器输出14被引出，该电流测量信号8说明了流经IGBT开关1的瞬时电流的电流强度。IGBT开关1可以经由控制输入13通过施加具有确定的电压电平的相对应的控制信号7而在不同的工作模式下被激励。在开关工作时，IGBT开关1只能在截止区或者饱和区中工作，即IGBT开关1要么完全截止要么完全导通。而在线性工作或者主动工作（Aktivbetrieb）时，IGBT开关1可以在放大区中工作，即通过IGBT开关1的电流的电流强度与在控制端子上的电压成比例地或者基本上成比例地缩放。

在图2中所示的示例性实施形式中，控制设备4具有激励电路16，该激励电路16被设计用于根据通过逆变器的控制调节装置产生的开关信号5来产生驱动信号18。在此，在逆变器的通常的开关工作中，驱动信号18可以基本上对应于开关信号5。当IGBT开关1要接通时，开关信号5例如可以具有逻辑高电平，而当IGBT开关1要切断时，开关信号5可以具有逻辑低电平。任意其他激励逻辑电路在此当然同样是可能的。在通常的开关工作中设置，IGBT开关1要么完全截止要么完全导通，使得开关信号5在预给定的时间段中保持相应的逻辑电平。

此外，控制设备4还包括驱动电路15，该驱动电路15被耦合在激励电路16与IGBT开关1的控制输入13之间，并且该驱动电路15被设计用于接收驱动信号18而且根据驱动信号18产生控制信号7，该控制信号7激励IGBT开关1。控制信号7接着通过驱动电路15被馈入到IGBT开关1的控制输入13中。驱动电路15为此例如可以具有内部控制电阻或者栅极电阻（Gatewidestand），通过所述内部控制电阻或者栅极电阻可调整驱动信号18的放大，以产生控制信号7。

在逆变器的确定的工作模式下，现在可能需要进行中间回路的快速放电。IGBT开关1可以利用控制设备4选择性地“被触发”，也就是说，被激励在脉冲式（gepulst）工作中，其中激励脉冲被馈入到IGBT开关1的控制输入13中，所述激励脉冲的持续时间短到使得IGBT开关1还不能完全导通地被开关，而是短时处于在截止状态与导通状态之间的过渡状态中。在该时间期间，来自中间回路电容器的能量在电流流经IGBT开关1时被转换成热，并且这样在中间回路中的电压迅速且有效地被降低。这尤其是能够实现在这样激励的逆变器中的快速放电工作的调整，由此有利地可以进行馈送给逆变器的中间回路电容器、例如中间回路电容器2的快速放电。在此，特别有利的是，逆变器的已经存在的部件可以被用于放电，而不必安装附加的电路或放电元件、如可开关的电阻等等。

为了实现该工作模式，激励电路16可以被设计用于将驱动信号18产生为具有预先确定的和可调整的脉冲长度的驱动信号脉冲的序列，使得IGBT开关1在利用控制信号7进行激励时在该脉冲长度期间不能完全导通。驱动信号脉冲18k的这样的序列的一种示例性的可能性示意性地在图7中示出。驱动信号脉冲18k在此分别具有脉冲长度T。脉冲长度T可以关于在IGBT开关1的通常的控制工作中的激励持续时间是短的。例如，IGBT开关1的开关持续时间可以为大约100μs，在IGBT开关1的该开关持续时间期间，IGBT开关1在正常工作时保持接通或切断。脉冲长度T在该情况下可以为数微秒，例如在0.2μs到5μs之间。在此，脉冲长度T可以与IGBT开关1的物理参数以及驱动电路15的物理参数有关。

为了调节馈入到IGBT开关1的控制输入13中的激励脉冲，附加地可以设置调节电路17，该调节电路17与激励电路16耦合，并且该调节电路17被设计用于产生调节信号19，以调节驱动信号18，并且将该调节信号19馈入到激励电路16中。这样的调节电路17示例性地在图3至图6中示出。图3和图5的调节电路17与图4和图6的调节电路被区别如下：调节电路17被设计用于检测第一电压信号9，该第一电压信号9说明了在IGBT开关1上的电压降，并且根据第一电压信号9产生调节信号19。第一电压信号9在此例如可以在IGBT开关1的集电极端子11上被截取。而如在图4和图6中所示，也可以检测针对通过IGBT开关1的电流的电流测量信号8，并且根据电流测量信号8产生调节信号19。为此，调节电路17可以与IGBT开关1的电流传感器输出14耦合。可替换地，也可能的是，将调节电路17不仅与IGBT开关1的集电极端子11而且与IGBT开关1的电流传感器输出14连接，并且不仅根据第一电压信号9而且根据电流测量信号8来产生调节信号19。

在所有情况下，驱动信号18k的脉冲长度T都可通过调节信号19来调整。例如，当中间回路电压并未减小或者过小程度地减小时，脉冲长度T可以被延长。同样，例如在通过IGBT开关1的电流过高时，脉冲长度T可以被减少。通过第一电压信号9，例如可以监控在IGBT开关1接通瞬时在IGBT开关1的集电极端子11上的中间回路电压的电压扰动。如果没有电压扰动或者电压扰动过低，则脉冲长度T可以被延长。通常，调节电路17的调节方法可以从小的脉冲长度T开始，以便避免IGBT开关1的过载并且由此避免可能的损坏。

调节电路17可以可选地也接收其他外部参数，这些参数一同被包含到调节机制中。例如，外部参数可以包括在IGBT开关1上的温度。也可能的是，作为外部参数，将在与相应的IGBT开关1相关的桥臂上的电压降作为第二电压信号6馈入到调节电路17中。第二电压信号6可以用于优化通过激励电路16输出的驱动信号18，以调整通过IGBT开关1的预定义的通过电流（Stromfluss）。

如在图5和图6中示意性示出的那样，除了调节电路17之外还可以通过激励电路16产生用于调整驱动电路15的可调整的控制电阻的置位信号20并且将所述置位信号20馈入到驱动电路15中。置位信号20在此例如可以根据调节信号19来产生。通过置位信号20可以选择性地提高驱动电路15的控制电阻的电阻值，使得被馈入到IGBT开关1的控制输入13中的激励电压的值可以被减少。控制电阻在此可以以任意等级被匹配，使得通过调节电路17可以选择性地调节激励电压和由此调节通过IGBT开关1的通过电流。

图8示出了半导体开关1的激励脉冲18k、通过与半导体开关1相关的桥臂的通过电流和在该桥臂上的电压降的示例性时间变化过程的电流曲线图或电压曲线图的示意图。相对应的时间变化过程结合图9来阐述，在图9中，图1中的间接电压换流器的部分更详细地被示意性示出。以下的阐述在此涉及中间回路电容器的快速放电工作。

关于图8示出了激励脉冲18k，该激励脉冲18k触发桥臂的两个半导体开关之一，也就是说在短时间段中将该半导体开关置于能导通的状态中。该桥臂的这两个半导体开关的另一半导体开关在此在接通的或完全能导通的状态中。激励脉冲18k促使驱动电路15产生控制信号7，该控制信号7的变化过程示例性地被示为电压曲线。控制信号7导致被触发的半导体开关取如下电流I：该电流I的时间变化过程利用电流曲线21示例性地在图8中示出。与其并行地，用附图标记22示出了在桥臂上降落的电压U_B。

首先，通过半导体开关的电流的升高导致电压扰动，该电压扰动利用负电压面22a来表征。在达到最大电流I_max之后，电压U_B又升高并且造成电压过调，该电压过调利用正电压面22b来表征。在最大电流I_max与电压U_B之间的关系是，

，

其中A_pos和A_neg是正电压面22b和负电压面22a的相应面积值。

通过检测A_pos和/或A_neg的值可以确定瞬时最大电流I_max。这例如可通过第二电压信号6实现，该第二电压信号6被馈入到调节电路17中。在调节电路17中，例如通过积分电路可以对第二电压信号6进行积分。通过对第二电压信号6进行积分，调节电路17可以对激励电路16进行激励，以匹配激励信号18，使得最大电流强度I_max与期望值的偏差可以被最小化。基于不同的、例如机械公差可出现这样的偏差，该偏差可损害可靠的快速放电或应急放电。通过在调节电路17中将偏差调节到零可以优化快速放电或应急放电。

在图9中可看出的是，不仅在触发时而且在正常工作时，在半导体开关1a断开期间出现相同的电流改变ΔI。这在这两种情况下都导致在换向回路中的电感上的电压降在一阶近似方面（in erster Naeherung）相同。这些电感例如可以是中间回路电容器2、半导体开关1a或1d或者针对引导电流的线路被使用的连接技术的寄生电感或者本征电感。这些电感可以被示为换向回路的总电感2L_k。换向回路的总电感2L_k例如可以通过模拟或者通过测量部件来确定。在图9中，总电感2L_k示例性地被示为布置在低压侧上或在高压侧上的两个电感部分L_k上。

不是第二电压信号6，而是例如也可以使用第一电压信号9用于馈入到调节电路17中和用于调节激励电路16。对激励电路16的调节例如可以在快速放电工作中或者在正常工作中进行。在正常工作中，换向电流ΔI流经电机3的电感线圈3a并且从那里经由其他桥臂返回到中间回路电容器2。在中间回路电容器2，电流例如可以通过电机3的相电流传感器装置来确定。通过利用在调节电路17中所确定的换向电流来调准由相电流传感器装置所检测到的相电流，可以极大地改善调节电路17的精度并且由此极大地改善快速放电工作。

借助调节电路17和对第一电压信号6或第二电压信号9的检测，控制设备4也可以对运行能力进行检验。例如当快速放电工作被激活时，例如在逆变器10起动时，可以检验所确定的最大电流I_max是否在可信的范围中。同样，调节电路17可以被调准，使得该调节电路17可以超过预给定的电流范围足够良好地再现最大电流I_max的期望值。此外，利用调节电路17也可能监控快速放电工作或应急放电工作。第一电压信号6或第二电压信号9给出对快速放电的放电功率的推断。由此，例如可以确定，中间回路电容器2的电压在快速放电工作或应急放电工作期间由于保护胶粘剂或者由于未按规定运行的控制设备4是否未如期望地工作。

图10示出了用于激励逆变器、尤其是电操作车辆的在图1中所示的电传动系统100中的逆变器10的方法30的示意图。该方法30在第一步骤31包括产生用于逆变器的半导体开关中的至少一个半导体开关的驱动信号，其中该驱动信号具有驱动信号脉冲的序列。在第二步骤32，接着进行驱动信号的放大，用于产生激励所述至少一个半导体开关的控制信号。在此，驱动信号脉冲分别具有预先确定的并且可调整的脉冲长度，使得半导体开关在利用控制信号进行激励时在所述脉冲长度期间不能完全导通。

在步骤33，可以在半导体开关断开时检测与在半导体开关上降落的电压有关的电压信号，例如在半导体开关的集电极端子上或者在逆变器的桥臂上进行检测。在步骤34，接着可以产生与该电压信号有关的调节信号。借助调节信号在步骤35接着可以调节驱动信号。

调节信号可以通过如下方式来形成：首先在半导体开关断开期间对电压信号进行积分，例如用于确定正电压面22b或负电压面22a的面积值，如在图8中示意性示出的那样。借助所述面积值接着可以确定通过半导体开关的最大电流强度I_max，该最大电流强度I_max与被积分的电压信号有关。调节信号接着例如可以根据在所确定的最大电流强度I_max与最大电流强度的预给定的期望值之间的差来形成。

该方法30原则上可以在逆变器的任意工作模式下被执行。尤其是，该方法30可以在逆变器的通常的正常工作中被执行。在该情况下，例如在半导体开关中的要处于接通状态中的一个或多个半导体开关的空转模式（Freilaufmodus）中或者调节工作时，在该时间段期间被脉冲式地激励。由此，通过分析最大电流强度和与可预给定的期望值的比较可以检验控制设备的运行能力，例如其方式是检验：在半导体开关中出现的最大电流强度是否处于对于控制设备可信的范围中。由此可以在逆变器工作期间在任何时刻都保证控制设备完全正常地运行。

为了实施在正常工作中的监控功能，可以进行如下步骤：检测由逆变器输出的针对电机的相电流，将所检测到的相电流同与在半导体开关上降落的电压有关的电压信号进行比较，以及根据该比较来对调节信号进行校正。也就是说，利用现有的传感器电路51，在正常工作时可检测在电机3的相线路中的相电流，并且为了对与在半导体开关上降落的电压有关的电压信号进行似然性检验或检验可以考虑所述相电流。

特别有利的是，在逆变器的“主动短路”中执行该方法30，也就是说在电机的发动机绕组在故障情况下可以安全地被短路的模式下执行该方法30。例如，在出现故障之后，例如在控制调节装置的电压供给故障时、在车辆事故时或者在其他威胁到电传动系统的工作安全性的情况下，激活“主动短路”，使得桥臂的一个桥侧的所有半导体开关（例如高压侧开关）被置于接通状态中，而桥臂的相应另外的桥侧的所有半导体开关（例如低压侧开关）被置于断开状态中。应理解的是，高压侧开关和低压侧开关的激励分别也可以相反地进行。由此，电机可以安全且可靠地通过接通的半导体开关被短路，尤其是因为可以确定快速放电是否能运行。为此，该方法30可以提供关于在快速放电工作中的实际放电功率的可靠回复，借助该回复可以探测其他缺陷、譬如保护胶粘剂的出现或者激励半导体开关中的缺陷。

Claims (15)

1.一种用于激励逆变器（10）的半导体开关（1）的控制设备（4），其具有：

激励电路（16），所述激励电路（16）被设计用于根据通过逆变器（10）的控制调节装置（50）产生的开关信号（5）产生驱动信号（18）；

驱动电路（15），所述驱动电路（15）被耦合在激励电路（16）与半导体开关（1）的控制输入（13）之间，并且所述驱动电路（15）被设计用于接收驱动信号（18）以及根据驱动信号（18）产生激励半导体开关（1）的控制信号（7）而且将所述控制信号（7）馈入到半导体开关（1）的控制输入（13）中；以及

调节电路（17），所述调节电路（17）与激励电路（16）耦合，并且所述调节电路（17）被设计用于在半导体开关（1）断开时检测与在半导体开关（1）上降落的电压有关的电压信号（6；9），产生与电压信号（6；9）有关的用于调节驱动信号（18）的调节信号（19），并且将所述调节信号（19）馈入到激励电路（16）中。

2.根据权利要求1所述的控制设备（4），其中，激励电路（16）被设计用于，将驱动信号（18）产生为具有可调整的脉冲长度（T）的驱动信号脉冲（18k）的序列，使得半导体开关（1）在利用控制信号（7）进行激励时在所述脉冲长度（T）期间不能完全导通。

3.根据权利要求2所述的控制设备（4），其中，脉冲长度（T）能够根据电压信号（6；9）被调整，使得半导体开关（1）在利用控制信号（7）进行激励时具有预先确定的电流值。

4.根据权利要求1至3之一所述的控制设备（4），其中，能够检测在半导体开关（1）的集电极端子（11）上的或者在逆变器（10）的桥臂上的电压信号（6；9）。

5.根据权利要求4所述的控制设备（4），其中，调节电路（17）被设计用于在半导体开关（1）断开期间对电压信号（6；9）进行积分，确定在被积分的电压信号（6；9）中的通过半导体开关（1）的最大电流强度（I_max），并且根据在所确定的最大电流强度（I_max）与最大电流强度的可预给定的期望值之间的差来输出调节信号（19）。

6.根据权利要求1至5之一所述的控制设备（4），其中，驱动电路（15）具有用于产生控制信号（7）的可调整的控制电阻，并且其中激励电路（16）被设计用于根据调节信号（19）来产生用于调整可调整的控制电阻的置位信号（20）而且将所述置位信号（20）馈入到驱动电路（15）中。

7.根据权利要求1至6之一所述的控制设备（4），所述控制设备（4）被设计用于激励IGBT开关（1）。

8.根据权利要求1至7之一所述的控制设备（4），其中，逆变器（10）具有半桥电路，并且其中激励电路（16）被设计用于利用驱动信号（18）分别激励桥臂的半导体开关（1）之一，而将桥臂的半导体开关（1）的另一半导体开关持久地接通。

9.一种用于n相电机（3）的传动系统（100），其中n≥1，其具有：

中间回路电容器（2），所述中间回路电容器（2）与两个输入电压端子（T+；T-）连接；

逆变器（10），其带有多个半导体开关（1a，…，1f），所述多个半导体开关（1a，…，1f）与中间回路电容器（2）耦合，所述多个半导体开关（1a，…，1f）从所述中间回路电容器（2）被供给电能量并且所述多个半导体开关（1a，…，1f）被设计用于产生用于该电机（3）的n相供电电压；

分别根据权利要求1至8之一所述的多个控制设备（4a，…，4f），所述控制设备（4a，…，4f）分别被设计用于产生用于激励逆变器（10）的半导体开关（1a，…，1f）之一的控制信号（7a，…，7f）；以及

控制调节装置（50），所述控制调节装置（50）与多个控制设备（4a，…，4f）耦合，并且所述控制调节装置（50）被设计用于产生用于逆变器（10）的半导体开关（1a，…，1f）的开关信号（5a，…，5f）。

10.根据权利要求9所述的传动系统（100），此外还具有：

传感器电路（51），该传感器电路（51）与控制调节装置（50）耦合，并且该传感器电路（51）被设计用于检测由逆变器（10）输出的用于电机（3）的相电流，

其中控制调节装置（50）此外还被设计用于将所检测到的相电流同与在半导体开关（1a，…，1f）上降落的电压有关的电压信号（6；9）进行比较并且根据所述比较来激励所述多个控制设备（4a，…，4f）的调节电路（17），用于对调节信号（19）进行校正。

11.一种用于激励逆变器（10）的方法（30），其具有如下步骤：

产生（31）用于逆变器（10）的半导体开关（1a，…，1f）中的至少一个的驱动信号（18），其中所述驱动信号（18）具有驱动信号脉冲（18k）的序列；

放大（32）驱动信号（18），以产生激励至少一个半导体开关（1a，…，1f）的控制信号（7a，…，7f）；

在半导体开关（1）断开时检测（33）与在半导体开关（1）上降落的电压有关的电压信号（6；9）；

产生（34）与电压信号（6；9）有关的调节信号（19）；以及

通过调节信号（19）对驱动信号（18）进行调节（35）。

12.根据权利要求11所述的方法（30），其中，驱动信号脉冲（18k）分别具有预先确定的和可调整的脉冲长度（T），使得半导体开关（1a，…，1f）在利用控制信号（7a，…，7f）进行激励时在所述脉冲长度（T）期间不能完全导通。

13.根据权利要求11和12之一所述的方法（30），其中，检测在半导体开关（1）的集电极端子（11）上的或者在逆变器（10）的桥臂上的电压信号（6；9）。

14.根据权利要求13所述的方法（30），其中，调节信号（19）的产生包括：在半导体开关（1）断开期间对电压信号（6；9）进行积分，确定在被积分的电压信号（6；9）中的通过半导体开关（1）的最大电流强度（I_max），以及根据在所确定的最大电流强度（I_max）与最大电流强度的可预给定的期望值之间的差来产生调节信号（19）。

15.根据权利要求11至14之一所述的方法（30），此外还具有步骤：

检测由逆变器（10）输出的用于电机（3）的相电流；

将所检测到的相电流同与在半导体开关（1a，…，1f）上降落的电压有关的电压信号（6；9）进行比较；以及

根据所述比较对调节信号（19）进行校正。

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