CN105720561B - 用于逆变器的保护电路以及逆变器系统 - Google Patents

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Abstract

公开了针对逆变器、特别是针对用于电动机的逆变器的保护电路，其中，该逆变器包括控制系统以及受该控制系统控制的功率元件，并且其中该控制系统被实施为用于进行控制脉冲(WD1、WD2)的周期性发射。该保护电路包括安全元件(3)、开关布置(4)、以及控制电路(2)，其中安全元件(3)被安排在去往该功率元件的馈线中，并且其中开关器件(4)被连接到安全元件(3)，从而当开关布置(4)处于导电状态中时，开关布置(4)桥接安全元件(3)。控制电路(2)包括控制输入(8，8')，控制脉冲(WD1、WD2)被施加在控制输入处。控制电路(2)于此被实施成使得控制电路(2)在一旦接收到一个控制脉冲(WD1、WD2)或者数个相继控制脉冲(WD1、WD2)之际，就向开关布置(4)发射开关信号长达预定的时间段，其中开关布置(4)在控制脉冲(WD1、WD2)被周期性接收到的情形中被切换导通，以及在没有控制脉冲(WD1、WD2)的情况下，在预定时间段后断开开关布置(4)，以及由安全元件(3)触发对该逆变器的保护。进一步，公开了逆变器系统，其示出了控制系统、功率元件、和恰适的保护电路。

Description

用于逆变器的保护电路以及逆变器系统
技术领域
本发明涉及针对逆变器、特别是针对用于电动机的逆变器的保护电路，其中，该逆变器包括控制系统以及受该控制系统控制的功率元件，并且其中该控制系统被实施用于控制脉冲的周期性发布。本发明还涉及相应的逆变器系统。
背景技术
逆变器系统被广泛地使用于实践中。逆变器系统从输入电压生成交变电压，其频率和振幅在很大程度上可选择。逆变器系统的一重要的应用是对电动机(例如，永久励磁同步电动机)的控制。非常频繁地，输入电压由能量供应网提供，其中逆变器系统被连接到该能量供应网的三相之一或全部。在具有直流-中间电路的逆变器系统中，逆变器从输入电压生成直流电压，其由该逆变器系统的功率元件逆变成期望的交变电压。为此目的，功率元件包括半导体开关，其由控制系统(通常经由脉宽调制信号(PMW信号))来控制。IGBT(绝缘栅双极型晶体管)或者场效应管常常被用作半导体开关。
逆变器系统中可能发生，个体的半导体开关不再正常工作的情况。在这里，半导体开关维持在低阻抗状态的差错是相对而言不关键的。在这种情形中，要么负载限流器发生作用，要么半导体开关由于自发热而毁坏。半导体开关维持在足够高阻抗的状态中的状况的重要性也是相对而言不关键的，因为并不预期在负载处会有有问题的电流。然而，其中半导体开关具有如此阻抗以使得该半导体处的功率损耗太低以至于不会因惰性热积累而毁坏半导体并且同时阻止中间电路变为短路的差错状况是特别关键的。在这种境况中，不受控的电流被引导到负载，而在这里没有通常的保护措施(诸如限流)起作用。
这种状态发展的一种选择称为PTOM(部分开启模式)。在这种境况中，任意性的控制电压可以被施加到半导体开关，而在这里有缺陷半导体开关的状态不改变。由此，控制电压不再能够控制该半导体开关。类似的差错状况是所谓的栅极损耗，其中控制电压不再被施加到该半导体开关，因为例如接合线断开了或者应当向该半导体开关发射相应的控制电压的控制系统未能正确地工作。在这种状况中，半导体开关也维持在未定义的状态。
在以上两个差错状况中，不受控电流被施加到负载，其能够加热该负载或者触发该负载的故障甚至是损坏，而这是不允许的。例如，当逆变器系统为同步电机生成三相交流电网并且逆变器桥的一条路径不再正确地操作之时，在定子中生成的旋转场便以极其不对称的方式被施加。这导致了该电动机的可观机械应力并且能够毁坏定子的永久带电线圈的绕组。在以上两种情形中，不再能够确保应用和用户的安全状态。因此需要一种保护电路，其还允许在这些差错状况中安全地关闭逆变器系统。
根据VDE(电工技术、电子和信息技术协会)差错分析法，就以上所提及的PTOM和/或栅极损耗而言，甚至有另一任意性的差错必须被补偿。这主要涉及半导体控制的故障，其在特定的情境下不再能够以受控的方式被关闭。在这种情形中，保护电路必须还允许补偿这种关键差错组合。
本发明因此是基于要实施并进一步拓展文初所提到类型的保护电路和逆变器系统的目的，其在功率元件和/或控制系统故障的情形中能够被切换到安全状态。
发明内容
根据本发明，以上所列的目的由权利要求1的特征所取得。相应地，所议保护电路的特征在于安全元件、开关布置、和控制电路，其中，该安全元件被安排在去往该功率元件的馈线中，其中该开关布置被连接到该安全元件，从而该开关布置在处于导电状态时桥接该安全元件，其中该控制电路包括控制输入，控制脉冲被施加在该控制输入处，并且其中该控制电路被实施成一旦接收到控制脉冲或者数个相继控制脉冲，就向该开关布置发射开关信号长达预定的时间段，这使得该开关布置在周期性地接收到控制脉冲时导通，并且在控制脉冲缺失时，该开关布置在预定时段之后断开，并且对该逆变器的保护由安全元件触发。
针对逆变器系统，以上所述的目的由权利要求14的特征所取得。相应地，根据本发明，该逆变器系统包括控制系统、功率元件、和保护电路，其中该控制系统被实施成用于向该功率元件发布控制信号以生成并输出交变电压，其中该控制系统被附加地实施成周期性地发布输入到该保护电路的控制脉冲。
本发明首先认识到，保护电路在控制系统的控制脉冲被恰适地使用时能够特别良好地对逆变器内的差错情境作出反应。这里，在本上下文中，所有的信号都被认为是显示出控制系统在功能上就绪的控制脉冲。这些控制脉冲能够因此也被称作心跳信号或者看守信号。因此，控制系统周期性地发射控制脉冲，其中一个控制脉冲优选地由在该控制系统中操作的微型计算机(例如，微控制器)发射。用于生成和周期性地发布控制脉冲的相应程序和方法由现有技术而知。
为了使用这些控制脉冲，根据本发明的保护电路包括安全元件、开关布置、和控制电路。该安全元件被安排在去往该逆变器的该功率元件的馈线中。该开关布置被连接到该安全元件，从而该开关布置在处于导电状态中时桥接该安全元件。以此方式，通过将该开关布置切换到导电状态，就保护该安全元件免受潜在的过载的危害。
控制电路被使用在根据本发明的保护电路中，以用于从控制系统的控制脉冲生成用于该开关布置的控制信号。为了这一目的，该控制电路具有控制脉冲被输入到其中的控制输入。该控制电路基于接收到的控制脉冲或者数个相继控制脉冲来生成用于该开关布置的开关信号。该开关信号被保持在某个值长达预定的时段，这将该开关布置设置成导电状态(可能通过使附加的组件介入)。
通过根据本发明的控制脉冲和控制电路的这一组合，能够对此在周期性接收到控制脉冲的情形中，恒定地将开关信号发射到该开关布置，从而使得该开关布置维持在导电状态中。当控制脉冲缺失时，给出了(直到该预定的时段过期为止)通过在控制电路处发布新的控制脉冲来“刷新”开关信号的选项。若预定的时段过期而没有接收到另一控制脉冲，那么就不再生成开关信号，并且该开关布置被断开，即，离开导电状态，并且由此在该开关布置的这两个端子之间呈现了高阻抗状况。以此方式，在馈线中流向功率元件的电流不再经由该开关布置而是经由安全元件。以此方式，能够触发安全元件。这里，例如，电流通量的限制可以被设置成预定值以产生该馈线与该功率元件的高阻抗分隔。以此方式，保护电路的安全操作能够在正常状态中达成而同时当控制脉冲缺失时保护了逆变器和/或连接着的负载。以此方式，在没有任何额外的附加电路系统的情况下，保护电路能够被生成，藉此即使功率元件处发生PTOM或栅极损耗，也能够将该功率元件设置成安全操作状态。以此方式，保护了逆变器和连接到该逆变器的负载免受进一步损坏。
术语“馈线”(其中安排有安全元件)可涉及能量源与功率元件之间的各种区域。当逆变器具有例如直流电压中间电路时，安全元件能够被安排在用于正性中间电路直流电压的线缆中。若逆变器被连接到能量源网络，也有可能将安全元件安排在交流区域中。在单相耦合中，安全元件能够被安排在去往所使用的相的连接线中。在三相耦合中，可以为每个相提供恰适的安全元件，其中由此也应当提供数个切换器件或者至少提供切换器件的数个独立端子。
这里，在本上下文中“导电状态”被理解成该开关布置的开关触点的两个端子之间的阻抗具有低阻抗值，优选地为低于1Ω，特别优选地为低于0.1Ω。
开关信号的发布在其后被终止的“预定时段”优选地由控制电路的设计来定义。这里，该时段是参考控制脉冲来选择的，从而该预定时段大于两个相继的控制脉冲之间的时段长度。优选地，该预定时段比两个相继控制脉冲之间的时段长度长五倍(尤其优选地长十倍)。
该安全元件可以用各种方式来形成。这里，术语“安全元件”一般涉及能够将馈线中的潜在电流通量限制于最大值的组件或组装件。这可以通过一旦超过了最大功率负载就中断电路(诸如，例如，熔丝)，或者通过限流效应(诸如，例如电阻)来实现。本领域普通技术人员知晓满足这些要求的不同组件，其中一些优选的示例性实施例在以下被参考。对于安全元件的大小设定而言，关键在于一旦达到临界阶段，该安全元件就安全地触发。这一般将取决于逆变器与连接到该逆变器的负载的标准操作条件。例如，当该逆变器操作的负载包括电动机时，该逆变器通常被特别地调节至所驱动的电动机，并且在许多情形中甚至被集成到该电动机的外壳中。以此方式，安全元件能够很容易地被提供，这满足了所要求的框架条件。操作的框架条件在其他应用中也充分已知从而定义临界阶段的条件。
一般，控制系统由与功率元件和保护电路相同的源来供能。以此方式，使用优选的安全元件布置，控制系统首先经由安全元件被供能。当将逆变器系统与能量源连接时，控制系统被启动。这在绝大多数情形中包括控制程序在微型计算机(例如，微控制器)中的加载。在此开启阶段，馈线中的去往功率元件的功率仍然相对较低，因为控制系统还未寻址逆变器桥的半导体开关，并且由此没有电流进入负载。在该实施例中，因此，安全元件本身应当能够为控制系统和保护电路传递能量。由于在开启逆变器系统之后，内部电容(例如，过渡电路电容)或电感(例如，滤波器节流)进一步被充电，所以安全元件应当额外地能够接受这些电流。
安全元件的潜在实施例能够以PTC(正温度系数)电阻来给出。PTC在设备的馈线中的使用被尤其知晓用于限制开启时的电流。这里，利用到了PTC由电流通量而产生热量并且显示出变高的阻抗。以此方式，电流通量能被限制。通过根据本发明将PTC用作保护电路中的安全元件，这里除了当开启设备时进行保护以外还能够实现附加的好处，。当PTC根据本发明被用作保护电路的安全元件时，其大小应当被设定成使得在开启时间的电流能够被毫无问题地传导。为了用作安全元件，附加地，其大小应当被设定成使得例如在PTOM中，负载中的临界电流不再能够流动，从而防止由此所产生的热量或者对负载的另外的损害。
根据另一实施例，安全元件能够由熔丝来形成，即，在该实施例中，当超出预定的最大电流通量时，安全元件便中断去往功率元件的馈线并且由此中断了电路。同样在这里，以上针对设定大小所做出的陈述可以相应地适用。为了避免在开启过程中跳脱熔丝，附加地，可以提供开启功率限制器，例如提供NTC形式的开启功率限制器。
在另一实施例中，安全元件由电阻形成。这里，电阻的大小可以被设定为高阻抗并且具有足够的功耗能力以使得该电阻在断开该开关布置时能够限制馈线中流动的电流。本实施例的益处在于，保护电路中的输入电压是众所周知的和/或呈现了定义的最大值。以此方式，安全元件的实施例相比而言独立于逆变器所操作的负载。对于针对相对较小的负载而设定大小的逆变器而言，以此方式，能够很容易实现安全元件。
然而，在特别优选的实施例中，安全元件由熔丝电阻器形成。熔丝电阻(也被称为“熔丝电阻器”)是在初始状态具有第一电阻值的电阻。这里，电阻值一般从若干欧姆至多到三位数值。取决于熔丝电阻器的实施例，这里也可以得出在两位数kΩ范围内的电阻。每个熔丝电阻器具有应力极限，至多到该极限该第一电阻值保持得以维持。一旦这一负载阈值被超过，该熔丝电阻器就呈现第二电阻值，其显著大于第一电阻值。这里，一般是MΩ范围内的电阻值。这一过程在绝大多数熔丝电阻器中是不可逆的。因此，一旦该负载阈值被超过了，则熔丝电阻器必须被替换。由于这里要被解决的差错情景在绝大多数情况下要求逆变器系统的大修，因此这一情境相比于藉此所达成的益处而言是相当边际的。熔丝电阻器显示出它们快速触发以及在触发后形成非常高阻抗转变的益处。
在熔丝电阻器的一个潜在的实施例中，在电阻中提供了弹簧，其藉由少量的锡来被保持在其受应力状态中。该实施例在绕线电阻中是常见的。通过以高电流对熔丝电阻器造成高负载，其变热，同样结果导致锡变热。当超过温度阈值时，锡就变得过软以至于不能够再维持弹簧，并且由此弹簧弹跳到松弛状态。藉此，之前的导电接触被中断，并在熔丝电阻器的两个端子之间呈现了高阻抗。在电阻中提供类似于常用熔丝的在高电流时融化的区域也是有实现可能的。从实践中知晓了恰适的实施例。
在原理上，控制脉冲可以呈现各种实施例，只要其被控制系统周期性地发布并且能够由要被控制的电路合适地评估即可。例如，可能是窦状交替，三角、或类斜坡振荡。但是在优选实施例中，控制脉冲具有方形形状，即，控制脉冲产生高电平长达特定的时间段，并且随后落回到低电平。低电平与高电平和/或高电平与低电平之间的转换在这里是非常陡峭的，在理想情况下大致是垂直的。这导致周期性发布的控制脉冲形成为方波。本实施例是特别有益的，因为在控制系统中所最经常使用的微形控制器能够用特别容易的方式来生成方波信号。优选地，方波信号是单极的，即，其从0V电压(低电平)交变成最大电压(高电平)(测量得例如3.3V或5V)。
优选地，控制脉冲序列经由高通滤波器被输入到控制电路中。以此方式，潜在地呈现在控制电路中的直流电压的任何部分被保持远离控制系统。附加地，可以提供功率限制，藉此来自控制系统进入控制电路的电流被限制。在最简单的情形中，该电流限制可以由电阻来形成。
在最优选的实施例中，评估电路包括电荷泵。电荷泵从其输入处的交变信号生成大于输入电压的电压。取决于电荷泵的实施例，能够实现不同的电压增幅。简单设计的电荷泵能够使电压加倍。对于在评估电路中使用电荷泵而言，关键是控制脉冲序列形成交变信号。然而，这可以通过对于周期控制脉冲的需求而被很容易地满足。也是在这里，使用方波信号是特别优异的，因为，能够用相对简单的方式来从电荷泵达成几乎恒定的输出电压。
优选地，电荷泵被设计成类似于Greinacher电路。为了这一目的，电荷泵具有两个二极管以及一个存储电容。这两个二极管被串联连接，并且每个二极管的导电方向指向远离接地。在这两个二极管之间的连接点处，控制脉冲被输入，从而该连接点形成了去往电荷泵的输入。这两个二极管中的一个的阳极被连接到接地。另一二极管的阴极被连接到存储电容的一端子，而第二端子被连接到接地。由此，存储电容被并联连接到这两个二极管。由此，在控制脉冲的高电平处，电流能够经由背离接地的二极管流入存储电容中。以此方式，存储电容被相继充电。
在优选的进一步发展中，放电电阻被并联连接到存储电容，藉此，存储电容以定义的方式被放电。以此方式，通过恰适地设定放电电阻的大小，就能够定义从最近期接收到的控制脉冲到电路信号的去活之间所流逝的时间。优选地，放电电阻被实施成高阻抗，即，该电阻至少为100kΩ，特别优选地至少是1MΩ。
在优选的实施例中，电荷泵的二极管由肖特基(Schottky)二极管形成。由于其具有比常规二极管低的前向阈值电压这一事实，控制脉冲序列可以被更有效地使用。
存储电容处的电压可以被用作控制信号。这里，滤波器电路(例如，低通电路形式的滤波器电流)可以被提供以滤除呈现的任何交变部分。此外，滤波器电路可以承担保护功能，例如通过限制电流通量。
在开关布置的第一优选实施例中，其由晶体管形成，其中控制信号被施加到其控制输入。例如，在双极晶体管的情形中，该控制输入由基极形成。在优选的进一步发展中，该晶体管由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)形成，从而控制输入由该晶体管的栅极形成。优选地，这里使用的是增强型MOSFET，特别优选地是n沟道MOSFET。该晶体管能够被安排成相对于安全元件并联并且当开关信号被施加时导通，并且由此在去往功率元件的馈线中传导电流。
在开关布置的第二优选实施例中，其由中继形成，中继具有至少一个开关触点和一个励磁线圈。至少一个开关触点被并联连接到安全元件。具有数个触点(例如三个触点)的中继可被用于保护供电网的所有三个相。晶体管可以被提供以驱动励磁线圈的电流，其优选地被进而实施成MOSFET。在特别优选的方式中，这里进而使用n沟道MOSFET，其被实施成增强型。
为了保护免受数个差错的损害，控制电路和/或开关布置可以被冗余地实施。这里，可以提供两个本质上相同的控制电路，其各自生成一个开关信号。当将晶体管用作开关布置或用作实际开关布置的驱动级时，它们可以为控制电路的每个冗余分支提供，并且在这里互相串联连接。以此方式，例如，如下差错可以被检测到：一个冗余路径的一个晶体管是有缺陷的并且由此恒定地处于导电状态中。当控制脉冲不再被施加到冗余控制电路的另一路径时，保护电路仍然能够被触发。
取决于开关布置的实施例，各个个体部分也可以被冗余地实施，而其他部分仅呈现为一个单元。当开关布置由中继形成时，例如，在该中继是经UL(保险商实验室)或者VDE认证的中继时，该开关布置可以仅被呈现在一个单元中。在双重实施的控制电路(其各自控制一个晶体管)的情形中，这两个晶体管将会被串联连接，并且会例如被连接成一侧接地，而另一侧被连接到励磁线圈，其中该励磁线圈的第二端子进而被连接到电源电压。
在根据本发明的逆变器系统中，除了控制系统故障导致缺失控制脉冲之外，也可能发生功率元件内部的故障。许多逆变器系统具有来自负载电路的反馈，藉此，可以得出关于负载和/或功率元件的操作状态的结论。例如，用于控制EC(电子整流)电动机的逆变器要求有关转子的位置的信息从而允许正确发射用于定子的电压。该信息能够由专用传感器或者通过估计的方式获取。在功率元件中有故障的情形中，电动机的旋转运动将会明显不那么均匀地发生，从而可以从关于电动机操作状态的位置信号得出结论。其他方法也是可能的，例如测量聚集电流。本领域技术人员知晓允许做出有关负载和/或功率元件的操作状态的结论的恰适的方法。从所确定或者所估计的操作状态中，可以确定是否存在临界操作状态，其要求触发根据本发明的保护电路。
为了评估关于操作状态的信息，在根据本发明的逆变器系统的优选的进一步发展中，提供了用以检测所述操作状态的装置。一旦检测到临界操作状态，它们可以抑制控制脉冲的生成。以此方式，即使在PTOM中，微控制器仍能发起将负载切换到安全操作状态中。当使用熔丝电阻器时，这将会意味着电动机被与供电网络隔离开并且可能以目标方式经由制动斩波器来被制动。
附图说明
有各种可选方式用有益的方式来发展并实现本发明的教导。为了这一目的，在一方面，于此引用权利要求1和/或15的从属权利要求，并且在另一方面，引用以下对于本发明优选示例性实施例和附图的解释。在对于本发明优选的示例性实施例和附图的解释的上下文中，还解释了其他通常优选的实施例和教导的进一步发展。附图示出：
图1是根据本发明的具有冗余实施的控制电路的保护电路的示例性实施例的示图，以及
图2是根据本发明的保护电路的具体实施的示图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的逆变器(未示出)的保护电路1的示例性实施例的示图。该保护电路1包括具有两个相同设计的路径的冗余实施控制电路2。进一步，保护电路1包括安全元件3以及以中继K1形式的开关布置4。
控制系统(未示出)生成了周期性控制脉冲WD1，其被输入到控制电路2的这两个冗余路径之一(图1中的上路径)中。相应地，周期性控制脉冲WD2被输入到该控制电路的下路径中。由于这两条路径相同的设计，以下的解释涉及控制电路的两个路径，没有括号的附图标记相应地指示上路径，而有括号的附图标记相应地指示下路径。
控制脉冲WD1(WD2)通过电阻R2(R6)和电容C1(C4)的串联电路并且随后在控制输入8(8’)处被馈送到控制电路2。电阻R2(R6)用以限制由控制系统发射的电流。电容C1(C4)用作高通，这提供了控制系统与控制电路2之间针对直流电压而言的分隔。
控制电路2包括电荷泵5(5’)以及电阻R1(R5)和电容C3(C6)。电荷泵5(5’)包括两个肖特基二极管V2(V4)，其被互相串联连接，并且它们的导电方向分别指向远离接地。相应地，下方的二极管V2u(V4u)被连接到接地。下方二极管V2u(V4u)和上方二极管V2o(V40)之间的连接点形成了电荷泵5(5’)的输入。上方二极管V2o(V4o)的阴极分别被连接到放电电阻R3(R7)和存储电容C2(C5)的端子，这三个组件之间的连接点形成了电荷泵5(5’)的输出。放电电阻R3(R7)和存储电容C2(C5)的第二端子各自分别连接到接地。
电阻R1(R5)的一个端子被连接到电荷泵5(5’)的输出，其中第二端子连接到电容C3(C6)。电容C3(C6)的第二端子被连接到接地。电阻R1(R5)与电容C3(C6)之间的连接点被连接到增强型n沟道MOSFET V1(V3)的栅极，其用作该开关布置的驱动晶体管。电阻R1(R5)以及电容C3(C6)形成了滤波器电路，特别是低通滤波器，其降低了来自电荷泵5(5’)的输出电压中的交变分量。
应当指出，电阻R2(R6)与R1(R5)以及电容器C3(C6)是任选的，并且对于保护电路的功能来说并不是必需要求的。然而，由于它们保护逆变器系统的组件这一事实，所以它们也被包括在所示的示例性实施例中。
这两个MOSFET V1与V3被互相串联耦合，即，MOSFET V1的源极被连接到MOSFET V2的漏极。MOSFET V2的源极被连接到接地，而MOSFET V1的漏极被连接到中继的励磁线圈6。具体地，这意味着端子AS1和SK2是被互相连接的。励磁线圈6的第二端子SK1由电源电压供电。中继的开关触点7将其两个端子连接在安全元件3的两侧上。没有任何电流通过励磁线圈时，开关触点7被断开，而当有电流通过励磁线圈6时，开关触点7被闭合，并且由此呈现导通状态。开关布置4和安全元件3被优选地安排成经由负载电路中的LK1和LK2来直接位于桥接反相器(未示出)的下游。安全元件在此处被实施为熔丝电阻器R4。
在保护电路的操作期间，存储电容C2和C5用作电荷存储，其在常规情形中用每个正WDx-信号电平充电，从而一旦达到要求的栅源电压，相应的MOSFET V1和/或V3就会表现出低阻抗。控制脉冲WD1和WD2必须在预定频率之上，其取决于输入(C1和/或C4)处的高通滤波器以及电荷存储单元(C2和C5)以及它们的放电电阻(R3和R7)。当WDx-信号被拉至驻定高电平时或者若控制器中发生差错时(其中高电平被持续施加在相应各个输出处)，电容C1和/或C4变成高阻抗，从而去往存储电容C2和/或C5的电流通量被中断。
上方二极管V2o和V4o在WDx信号为低时分别防止存储电容C2和C5的放电。下方二极管V2u和V4u确保在WDx-信号为低时电容C1和C4的放电，从而在随后的循环中，进入存储电容C2和/或C5的电流通量再次变得可能。高阻抗电阻R3和R7将存储C2和C5放电，从而在差错的情形中，FET的控制信号在特定的时间段之后被拉至低，并且它们允许中继脱落。
当被接通时，中间电路经由安全元件3被充电，从而开启电流藉此被限制。电子元件能够承担它的功能。只要是这种情形，那么控制系统和/或在那里操作的微控制器就周期性地在WDx输出处生成控制脉冲，而在此没有负载电流流动。只要控制器在正确的频带中发射控制脉冲并且存储电容被充电，FET就切换到接地并且中继被激活。以此方式，熔丝电阻R4被桥接并且负载电路表现出较低的阻抗。在PTOM中的差错具有/不具有次级故障的情形中，控制脉冲WDx不再被施加在保护电路的输入处并且中继脱落。熔丝电阻R4在短暂的负载电流通量之后断开中间电路，从而呈现了电子器件的安全状态。
在图1的上下文中所描述的示例性实施例能够实现以下一些或所有益处与特征：
-高电压稳定性，从而防止在过压(例如，通过桥接其他电势)的情形中丢失功能
-高电压稳定性，从而避免附加的组件(例如，齐纳二极管)
-提高的效率
-相互独立的两个控制电压(WD1和WD2)，从而防止在次级故障的情形中丢失功能
-该电路被实施成具有冗余性，从而在组合差错的情形中维持功能
-由UL或VDE认证的中继并不被要求具有冗余(诸如开关元件之类的冗余)；若未被认证的中继、电子开关/开关单元或者半导体中继被使用，则其应当是冗余的，从而维持整个保护电路的冗余性
-为了功能上的安全性，控制着控制电压WD1和WD2的软件应当表示由VDE认证的软件
-熔丝电阻的大小必须被设定成使得所议负载的最大绕组电阻高到足以安全地触发熔丝电阻
-若PTC被用作安全元件，则其大小必须被设定成使得结果所得的在最大绕组电阻情况下的电流通量不会引起不允许的变热。
图2示出了根据本发明的保护电路的具体实施例，其中所示的保护电路很大程度上等同于根据图1的示例性实施例。在这里，应当指出，图2中的附图标记与图1中的附图标记并不相同。
关于根据本发明的保护电路和/或逆变器系统的进一步有益的实施例，为了避免与描述中的一般部分以及所附的权利要求重复而做出引述。
最终，应当明确指出，以上所描述的根据本发明的保护电路的示例性实施例仅用作解释权利要求的教导，然而其并不限于这些示例性的实施例。
附图标记列表
1 保护电路
2 控制电路
3 安全元件
4 开关布置
5 电荷泵
6 励磁线圈
7 开关触点
8 控制输入
K1 中继
WD 控制脉冲1
1
WD 控制脉冲2
2
C1 电容(高通)
C2 存储电容
C3 电容(低通)
C4 电容(高通)
C5 存储电容
C6 电容(低通)
R1 电阻
R2 电阻(限流)
R3 放电电阻
R4 熔丝电阻器
R5 电阻
R6 电阻(限流)
R7 放电电阻
V1 MOSFET(n-沟道、增强型)
V2 二极管V20和V2u
V3 MOSFET(n-沟道、增强型)
V4 二极管V4o和V4u
AS1 控制连接器1
AS2 控制连接器2
SK1 开关触点连接器1
SK2 开关触点连接器2
LK1 负载电路连接器1
LK2 负载电路连接器2

Claims (23)

1.一种针对逆变器的保护电路，其中所述逆变器包括控制系统以及经由所述控制系统发出的控制信号控制的功率元件，并且其中所述控制系统被实施用于周期性发布控制脉冲(WD1、WD2)，
其特征在于，包括安全元件(3)、开关布置(4)以及控制电路(2)，其中所述安全元件(3)被安排在去往所述功率元件的馈线中，其中所述开关布置(4)被连接到所述安全元件(3)，从而当所述开关布置(4)处于导电状态中时，所述开关布置(4)桥接所述安全元件(3)，
其中所述控制电路(2)包括控制输入(8，8')，所述控制脉冲(WD1、WD2)在所述控制输入(8，8')处被施加，以及
其中，所述控制电路(2)被实施成使得所述控制电路(2)在一旦接收到控制脉冲(WD1、WD2)或者数个相继控制脉冲(WD1、WD2)，就向所述开关布置(4)发射开关信号长达预定的时间段，使得所述开关布置(4)在周期性地接收到所述控制脉冲(WD1、WD2)时被切换导通，以及在没有所述控制脉冲(WD1、WD2)时，所述开关布置(4)在预定时间段后断开，并且对所述逆变器的保护由所述安全元件(3)触发。
2.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述逆变器用于电动机。
3.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述安全元件(3)由电阻形成。
4.如权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述电阻被实施为正温度系数，其中具有增大的温度的所述正温度系数呈现更大的阻抗水平。
5.如权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述电阻被实施为熔丝电阻器(R4)，所述熔丝电阻器在初始状态中包括第一电阻值，其中所述熔丝电阻器(R4)在一旦超过限制负载时就呈现第二电阻值，所述第二电阻值显著高于所述第一电阻值。
6.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，周期性发射的控制脉冲(WD1、WD2)序列形成了方波信号。
7.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，周期性发射的控制脉冲(WD1、WD2)序列形成了单极方波信号。
8.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述控制电路(2)包括电荷泵(5、5')，其中所述控制脉冲(WD1、WD2)被施加在所述电荷泵(5、5’)的输入处。
9.如权利要求8所述的保护电路，其特征在于，所述控制脉冲(WD1、WD2)经由高通滤波器被施加。
10.如权利要求8所述的保护电路，其特征在于，所述电荷泵(5,5’)包括两个二极管(V2u、V2o、V4u、V4o)以及存储电容(C2、C5)，其中所述两个二极管(V2u、V2o、V4u、V4o)被串联连接，并且所述两个二极管(V2u、V2o、V4u、V4o)的导电方向都指向远离接地的方向，其中所述电荷泵的输入由所述两个二极管(V2u、V2o、V4u、V4o)之间的连接点形成，并且其中所述存储电容(C2、C5)被并联连接到所述两个二极管(V2u、V2o、V4u、V4o)。
11.如权利要求10所述的保护电路，其特征在于，放电电阻(R3、R7)被并联连接到存储电容(C2、C5)，其中，所述存储电容(C2、C5)被所述放电电阻(R3、R7)放电。
12.如权利要求10所述的保护电路，其特征在于，所述存储电容(C2、C5)处的电压形成所述开关信号。
13.如权利要求10所述的保护电路，其特征在于，所述存储电容(C2、C5)处的电压在经由滤波器电路滤波之后形成所述开关信号。
14.如权利要求1到13之一所述的保护电路，其特征在于，所述开关布置(4)由晶体管形成，其中所述开关信号被输入到所述晶体管的控制输入。
15.如权利要求14所述的保护电路，其特征在于，所述晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管。
16.如权利要求1到13之一所述的保护电路，其特征在于，所述开关布置由具有至少一个开关触点(7)以及励磁线圈(6)的中继(K1)形成，其中所述至少一个开关触点(7)之一被安排成与所述安全元件(3)并联。
17.如权利要求16所述的保护电路，其特征在于，所述开关信号被输入到晶体管的控制输入，并且所述晶体管控制所述励磁线圈(6)的电流。
18.如权利要求17所述的保护电路，其特征在于，所述晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管(V1、V3)。
19.如权利要求1到13之一所述的保护电路，其特征在于，所述控制电路(2)和/或所述开关布置(4)被冗余地实施，其中所述控制电路(2)包括至少两个路径。
20.如权利要求19所述的保护电路，其特征在于，所述至少两个路径是两个相同实施的路径。
21.如权利要求19所述的保护电路，其特征在于，为所述控制电路(2)的每个冗余路径提供晶体管，其中所述晶体管被串联连接。
22.一种具有控制系统、功率元件、以及如权利要求1到21之一所述的保护电路(1)的逆变器系统，其中所述控制系统被实施成用于向所述功率元件发布控制信号以生成并输出交变电压，其中所述控制系统被附加地实施成周期性地发布输入到所述保护电路(1)的控制脉冲(WD1、WD2)。
23.如权利要求22所述的逆变器系统，其特征在于，包括用于检测所述逆变器系统和/或连接到所述逆变器系统的负载的操作状态的装置，其中所述用于检测所述操作状态的装置被实施成在临界操作状态的情形中抑制控制脉冲(WD1、WD2)的生成。
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