DE102005029816A1

DE102005029816A1 - Drive system for permanent-excited electrical machine e.g. for drive motor in hybrid drive vehicle, includes protection circuit for storing drive signals in storage element with occurrence of fault

Info

Publication number: DE102005029816A1
Application number: DE102005029816A
Authority: DE
Inventors: Jens Dr.-Ing. Ranneberg
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2006-11-23
Also published as: WO2007000285A1

Abstract

A drive system for a permanent-excited electric machine (1) in which each phase of the machine (1) has a half-bridge arrangement (2,2',2") for supplying current via a intermediate circuit (3), in which at least one drive unit (G1-G4) is provided for driving the switching elements (T1...T6). A protection circuit stores the driving signals (gate signal) for the switching elements (T1...T6) in a storage element when a fault signal occurs. An independent claim is included for a driving unit for a switching element.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ansteuersystem für eine permanenterregte elektrische Maschine. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Ansteuereinheit für ein Schaltelement einer Halbbrückenanordnung zur Stromversorgung einer elektrischen Maschine.The The invention relates to a drive system for a permanently excited electrical Machine. The invention also relates to a drive unit for a Switching element of a half-bridge arrangement for powering an electrical machine.

Permanenterregte elektrische Maschinen werden beispielsweise als Fahrzeugantriebsmotoren eingesetzt, die bei Hybridantriebsystemen elektrische Energie aus einem durch eine Brennkraftmaschine angetriebenen Generator oder bei vollelektrisch betriebenen Fahrzeugen elektrische Energie aus einer sogenannten Traktionsbatterie empfangen. Bei permanenterregten elektrischen Maschinen besteht aufgrund ihres Aufbaus das grundsätzliche Problem, dass wegen der im Betrieb auftretenden Relativbewegung zwischen den Ankerwicklungen und den Permanentmagneten eine als Polradspannung bekannte Gegenspannung in die Ankerwicklungen induziert wird. Diese induzierte Spannung steigt mit zunehmender Drehzahl soweit an, bis sie im Bereich der Versorgungsspannung der elektrischen Maschine liegt. Treten bei derartigen Antriebssystemen mit permanenterregten elektrischen Maschinen Fehler auf, wie z.B. der Ausfall einer Ansteuerelektronik für die Vornahme einer Feldschwächung oder ein Wicklungsschluss, so führt dies insbesondere bei hohen Drehzahlen zu einem erheblichen Bremsmoment, welches bei einer Rückspeisung von elektrischer Energie von der elektrischen Maschine in die Energieversorgung, beispielsweise eine über einen Stromrichter und einen Zwischen kreis angeschlossene Batterie, erzeugt wird. Dadurch kann es zu Beschädigungen von Batterie und Stromrichter bzw. von Bauteilen des Stromrichters, insbesondere Halbleiterbauelementen kommen.permanent-magnet Electric machines are used, for example, as vehicle drive motors used in hybrid drive systems electrical energy a driven by an internal combustion engine generator or in fully electrically powered vehicles electrical energy receive a so-called traction battery. In permanent-energized electrical machines is due to their structure basically Problem that because of the relative movement occurring during operation between the armature windings and the permanent magnet as Polradspannung induced known counter-voltage in the armature windings becomes. This induced voltage increases with increasing speed so far, until they are in the range of the supply voltage of the electrical Machine is lying. Occur in such drive systems with permanent-magnet electrical machines failures, such as the failure of a control electronics for the performance a field weakening or a winding closure, so leads this in particular at high speeds to a considerable braking torque, which with a return feed of electrical energy from the electric machine to the power supply, for example, an over a power converter and an intermediate circuit connected battery, is produced. This can damage the battery and the power converter or of components of the power converter, in particular semiconductor components come.

Um eine derartige Gefährdung zu vermeiden, wird in der DE 198 25 576 A1 mittels einer Ansteueranordnung eines Ansteuersystems ein Kurzschluss bei jedem Strang bzw. bei jeder Phase der elektrischen Maschine erzeugt, wenn durch eine Betriebszustandserfassungsanordnung in dem Ansteuersystem und/oder der elektrischen Maschine das Vorliegen wenigstens eines vorbestimmten Betriebszustands erfasst wird. Ein vorbestimmter Betriebszustand kann beispielsweise ein fehlerhafter Sensor, ein Kurzschlussfehler, insbesondere im Bereich des Motors, ein Abfall oder Ausfall der Motorversorgungsspannung oder das Ansteigen einer Zwischenkreisspannung über einen vorbestimmten Grenzwert sein. Das Ansteuersystem umfasst für jeden Strang bzw. jede Phase der elektrischen Maschine eine Halbbrückenanordnung, einen jede Halbbrückenanordnung mit einer Versorgungsspannungsquelle verbindenden Zwischenkreis und eine Ansteueranordnung zur Ansteuerung jeder Halbbrückenanordnung. Jede Halbbrückenanordnung kann ein erstes Schaltelement zum wahlweisen Verbinden des zugeordneten Strangs bzw. der zugeordneten Phase der elektrischen Maschine mit dem Potential einer ersten Polarität sowie ein zweites Schaltelement zum wahlweisen Verbinden des zugeordneten Strangs bzw. der zugeordneten Phase mit einer zweiten Polarität aufweisen. Ein Kurzschluss bei jedem Strang bzw. bei jeder Phase der elektrischen Maschine wird dann erzeugt, indem das erste Schaltelement jeder Halbbrückenanordnung leitend geschaltet wird und/oder das zweite Element jeder Halbbrückenanordnung leitend geschaltet wird. Wenn aufgrund eines defekten Schaltelementes, das beispielsweise nicht mehr leitet oder nicht mehr sperrt, die gewünschte Kurzschlusswirkung nicht eintritt, kann der Kurzschluss durch die jeweils komplementären Schaltelemente bewirkt werden.To avoid such a hazard, is in the DE 198 25 576 A1 by means of a drive arrangement of a drive system generates a short circuit at each strand or at each phase of the electric machine when the presence of at least one predetermined operating state is detected by an operating state detection arrangement in the drive system and / or the electric machine. A predetermined operating state may be, for example, a faulty sensor, a short circuit fault, in particular in the region of the motor, a drop or failure of the motor supply voltage or the rise of a DC link voltage above a predetermined limit. The drive system comprises a half-bridge arrangement, an intermediate circuit connecting each half-bridge arrangement with a supply voltage source, and a drive arrangement for driving each half-bridge arrangement, for each phase or phase of the electrical machine. Each half-bridge arrangement may comprise a first switching element for selectively connecting the associated strand or phase of the electrical machine to the potential of a first polarity, and a second switching element for selectively connecting the associated strand or phase to a second polarity. A short circuit in each strand or each phase of the electric machine is then generated by the first switching element of each half-bridge arrangement is turned on and / or the second element of each half-bridge arrangement is turned on. If due to a defective switching element, for example, no longer conducts or no longer blocks, the desired short-circuit effect does not occur, the short circuit can be effected by the respective complementary switching elements.

Die DE 102 05 963 A1 betrifft ein Verfahren und ein Ansteuersystem zum Ansteuern einer permanenterregten elektrischen Maschine. Dabei werden die einzelnen Schaltelemente der Halbbrückenanordnungen überwacht. Ob bei einem Fehlerzustand ein Kurzschluss der elektrischen Maschine durch Ansteuern der ersten Schaltelemente oder der zweiten Schaltelemente jeder Halbbrückenanordnung erfolgt, hängt von einer Messgröße der überwachten Schaltelemente ab. Somit werden die Maßnahmen zur Vermeidung einer Gefährdung von Komponenten und Personen, nämlich der Kurzschluss der elektrischen Maschine, schnell und zielgerichtet eingeleitet. Überschreitet die Messgröße eines Schaltelements den Schwellwert, so wird auf einen Fehler geschlossen, der Auswirkungen auf den Zweig der Halbbrückenanordnung hat, in welcher das Schaltelement, welches die Messgröße generiert bzw. an dem die Messgröße gemessen wird, nicht angeordnet ist und die komplementären Schaltelemente werden von der Ansteuereinheit angesteuert bzw. leitend geschaltet, um einen Kurzschluss der elektrischen Maschine zu bewirken. Des weiteren ist ein Schaltwerk prinzipmäßig beschrieben, welches den letzten Einschaltzustand speichert, um festzustellen, welches der beiden Schaltelemente bzw. Transistoren einer Halbbrückenanordnung den Fehler verursacht hat. Dabei wird auch von der Vermutung ausgegangen, dass bei Auftreten eines Fehlersignals, insbesondere eines Fehlersignals der Kollektor-Emitterspannung (U_ce bzw. V_ce) nicht der jenige Transistor defekt ist, welcher den Fehler meldet, sondern der gegenüberliegende Transistor.The DE 102 05 963 A1 relates to a method and a drive system for driving a permanent-magnet electric machine. The individual switching elements of the half-bridge arrangements are monitored. Whether in a fault condition a short circuit of the electrical machine takes place by driving the first switching elements or the second switching elements of each half-bridge arrangement depends on a measured variable of the monitored switching elements. Thus, the measures to avoid endangerment of components and persons, namely the short circuit of the electric machine, initiated quickly and effectively. If the measured variable of a switching element exceeds the threshold value, an error is concluded which has effects on the branch of the half-bridge arrangement in which the switching element which generates the measured variable or on which the measured variable is measured is not arranged and becomes the complementary switching elements controlled by the drive unit or switched to conduct a short circuit of the electric machine. Furthermore, a switching mechanism is described in principle, which stores the last on state to determine which of the two switching elements or transistors of a half-bridge arrangement has caused the error. In this case, it is also assumed that if an error signal occurs, in particular an error signal of the collector-emitter voltage (U _ce or V _ce ) not the one transistor is defective, which reports the error, but the opposite transistor.

Vorliegend wird davon ausgegangen, dass bei einem Auftreten eines Fehlersignals bereits der defekte Transistor identifiziert ist.In the present case, it is assumed that if an error signal occurs, the defective one already exists Transistor is identified.

Das Steuergerät liefert für die Ansteuereinheiten bzw. Treiberstufen (sogenannte Gate-Drives) der jeweiligen Schaltelemente bzw. Transistoren für die drei Phasen der elektrischen Maschine als Stellgröße Phasenpotentiale (Potentialwechselbefehle) welche für die Treiberstufen entsprechend umgerechnet werden, wobei eventuell auftretende Fehlersignale berücksichtigt werden. Es könnte nun nachteiligerweise dazu kommen, dass ein Fehlersignal als Reaktion ein Ansteuersignal (Gatesignal) für die Treiberstufe auslöst, nach dessen Ausgabe das Fehlersignal wieder verschwindet bzw. ausbleibt, z.B. durch einen Kurzschluss als Schutzmaßnahme. Danach würde dann wieder das dem fehlerfreien Betrieb entsprechende Ansteuersignal ausgegeben, jedoch würde der Fehler erneut auftreten, da die Fehlersituation immer noch vorliegt, so dass eine Oszillation auftreten würde.The control unit delivers for the drive units or driver stages (so-called gate drives) the respective switching elements or transistors for the three Phases of the electrical machine as manipulated variable Phase potentials (potential change commands) which for the driver stages are converted accordingly, possibly considered occurring error signals become. It could Now disadvantageously come that an error signal as a reaction a drive signal (gate signal) triggers for the driver stage, after whose output the error signal disappears or fails, e.g. by a short circuit as a protective measure. After that, then again the drive signal corresponding to the error-free operation spent, however the error recurs because the error situation is still present so that an oscillation would occur.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ansteuersystem und eine Ansteuereinheit der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeiden, insbesondere die Sicherheit von Komponenten und Personen verbessern und das Auftreten von Oszillationen bei Fehlersituationen wirksam verhindern.Of the The present invention is therefore based on the object, a drive system and to provide a drive unit of the type mentioned, the avoid the disadvantages of the prior art, in particular the Improve safety of components and people and the occurrence effectively prevent oscillations during error situations.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Ansteuersystem für eine permanenterregte elektrische Maschine gelöst, wobei jeder Phase der elektrischen Maschine eine Halbbrückenanordnung mit einem ersten und einem zweiten Schaltelement zur Stromversorgung über einen Zwischenkreis zugeordnet ist, wobei wenigstens eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung der Schaltelemente vorgesehen ist, wobei ein Schaltwerk vorgesehen ist, welches eine Schutzschaltung für wenigstens eine der permanenterregten Maschine zugeordnete Halbbrückenanordnung aufweist und wobei die Schutzschaltung beim Auftreten eines Fehlersignals die Ansteuersignale für die Schaltelemente nach der bereits erfolgten Reaktion auf das Fehlersignal in einem Speicherelement speichert.These Task is achieved by a drive system for solved a permanent magnet electric machine, wherein each phase of the electric Machine a half-bridge arrangement with a first and a second switching element for power supply via a DC link is assigned, wherein at least one drive unit is provided for driving the switching elements, wherein a switching mechanism provided which is a protection circuit for at least one of the permanently excited Machine associated half-bridge arrangement and wherein the protection circuit upon the occurrence of an error signal the drive signals for the switching elements after the already occurred response to the error signal stored in a memory element.

Durch diese Maßnahmen wird in einfacher und vorteilhafter Weise eine Oszillation bei Auftreten eines Fehlersignals vermieden, da der Fehler festgehalten und die Fehlerbedingung bzw. das Ansteuersignal gespeichert wird. Ein ständiges Hin- und Herspringen zwischen Fehlerzustand und Normalbetrieb wird wirksam verhindert.By these measures is in a simple and advantageous manner an oscillation on occurrence an error signal avoided because the error recorded and the Error condition or the drive signal is stored. A constant jumping back and forth between fault condition and normal operation is effectively prevented.

Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass beim ersten Auftreten des Fehlersignals die Ansteuersignale mit einer Verzögerung, z.B. von 100 ns, gespeichert werden.According to the invention may further be provided that at the first occurrence of the error signal the Drive signals with a delay, e.g. of 100 ns.

Dadurch wird sichergestellt, dass die Schaltung bereits auf das Fehlersignal reagiert hat und das Ansteuersignal als Reaktion auf das Fehlersignal in dem Speicherelement gespeichert wird. Die Verzögerungszeit sollte derart gewählt werden, dass sichergestellt ist, dass der Fehler sowohl dynamisch als auch in der Logik bereits umgesetzt ist.Thereby Ensures that the circuit is already on the error signal has responded and the drive signal in response to the error signal is stored in the memory element. The delay time should be chosen like this be sure that the error is both dynamic as well as in logic already implemented.

Vorteilhaft ist es, wenn das Speicherelement in der Ansteuereinheit bzw. in der Treiberstufe des jeweiligen Schaltelements, angeordnet ist.Advantageous it is when the memory element in the drive unit or in the driver stage of the respective switching element is arranged.

In vorteilhafter Weise ist das Speicherelement als Flip-Flop, insbesondere als D-Latch, ausgebildet.In Advantageously, the memory element as a flip-flop, in particular as a D-latch.

In Anspruch 5 ist eine Ansteuereinheit für ein Schaltelement einer Halbbrückenanordnung zur Stromversorgung einer permanenterregten elektrischen Maschine über einen Zwischenkreis mit einem Speicherelement angegeben, welche derart konfigurierbar ist, dass entweder bei einem Auftreten eines Fehlersignals das Ansteuersignal für das Schaltelement nach der bereits erfolgten Reaktion auf das Fehlersignal in dem Speicherelement gespeichert wird oder eine Abschaltung des Schaltelements erfolgt.In Claim 5 is a drive unit for a switching element of a half-bridge arrangement for powering a permanently excited electrical machine via a Indicated DC link with a memory element which such is configurable that either when an error signal occurs the drive signal for the switching element after the already occurred response to the error signal is stored in the memory element or a shutdown of Switching element takes place.

In vorteilhafter Weise kann eine derartige konfigurierbare Ansteuereinheit bzw. Treiberstufe für ein Schaltelement sowohl bei einer permanenterregten elektrischen Maschine als auch bei einer asynchronen Maschine verwendet werden, in dem beispielsweise über einen Jumper konfiguriert wird, ob das Ansteuersignal für das Schaltelement bei permanenterregten Maschinen nach der bereits erfolgten Reaktion auf das Fehlersignal in dem Speicherelement gespeichert wird oder bei asynchronen Maschinen eine einfache Abschaltung des Schaltelements erfolgt.In Advantageously, such a configurable drive unit or driver stage for a switching element both in a permanently excited electrical Machine as well as being used in an asynchronous machine in the example about a jumper is configured, whether the drive signal for the switching element in permanent-magnet machines after the reaction that has already taken place is stored on the error signal in the memory element or in asynchronous machines a simple shutdown of the switching element he follows.

Nachfolgend ist anhand der Zeichnung prinzipmäßig ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.In the following, an embodiment of the invention is described in principle with reference to the drawing ben.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 eine schematische Schaltungsskizze eines Leistungsteils eines erfindungsgemäßen Ansteuersystems in Verbindung mit einer permanenterregten elektrischen Maschine; 1 a schematic circuit diagram of a power section of a drive system according to the invention in conjunction with a permanent-magnet electric machine;

2 ein prinzipmäßiges Schema eines Schaltwerks mit Ansteuereinheiten für Schaltelemente eines erfindungsgemäßen Ansteuersystems; 2 a schematic diagram of a switching mechanism with drive units for switching elements of a drive system according to the invention;

3 eine schematische Schaltungsskizze eines Schaltwerks mit einer Schutzschaltung zur Ansteuerung eines ersten Schaltelements; 3 a schematic circuit diagram of a switching mechanism with a protection circuit for driving a first switching element;

4 eine vereinfachte schematische Schaltungsskizze eines Schaltwerks mit einer Schutzschaltung zur Ansteuerung eines zweiten Schaltelements; 4 a simplified schematic circuit diagram of a switching mechanism with a protection circuit for driving a second switching element;

5 eine schematische Darstellung einer redundanten Steuerspannungsversorgung für die Ansteuereinheiten aus 2. 5 a schematic representation of a redundant control power supply for the drive units off 2 ,

1 zeigt eine Schaltungsskizze eines Leistungsteils eines erfindungsgemäßen Ansteuersystems in Verbindung mit einer permanenterregten elektrischen Maschine 1, beispielsweise einer Synchronmaschine oder einer Transversalflussmaschine. Das nicht näher bezeichnete Leistungsteil des Ansteuersystems weist drei Halbbrückenanordnungen 2, 2', 2" auf, wobei jede der Halbbrücken bzw. Halbbrückenanordnungen 2, 2', 2" eine der Phasen Ph1, Ph2, Ph3 (siehe z.B. 2) der elektrischen Maschine 1 über nicht näher bezeichnete Leitungen zugeordnet ist. Das Leistungsteil kann als Umrichter bzw. als Stromrichter ausgebildet sein und erfüllt in bekannter Weise die Funktion der Weiterschaltung des Strombelags in der elektrischen Maschine 1 (Kommutierung) und vorzugsweise der Einstellung der Höhe des Maschinenstroms durch rasches Ein- und Ausschalten von Schaltelementen des Leistungsteils. Die Halbbrückenanordnungen 2, 2', 2" werden über einen Zwischenkreis 3, der ein Potential einer ersten, vorzugsweise positiven Polarität (+) und ein Potential einer zweiten, vorzugsweise negativen Polarität (-) aufweist, mit elektrischer Energie von einer nicht dargestellten Spannungsquelle und/oder Stromquelle versorgt. Als Spannungsquelle kann beispielsweise eine Traktionsbatterie oder auch ein durch einen Verbrennungsmotor angetriebener Generator eingesetzt werden. 1 shows a circuit diagram of a power section of a drive system according to the invention in conjunction with a permanent-magnet electric machine 1 , For example, a synchronous machine or a transverse flux machine. The unspecified power part of the drive system has three half-bridge arrangements 2 . 2 ' . 2 ' on, each of the half-bridges or half-bridge arrangements 2 . 2 ' . 2 ' one of the phases Ph1, Ph2, Ph3 (see eg 2 ) of the electric machine 1 is assigned via unspecified lines. The power unit can be designed as a converter or as a power converter and in a known manner fulfills the function of forwarding the current supply in the electrical machine 1 (Commutation) and preferably the adjustment of the height of the machine current by rapid switching on and off of switching elements of the power unit. The half-bridge arrangements 2 . 2 ' . 2 ' be via a DC link 3 having a potential of a first, preferably positive polarity (+) and a potential of a second, preferably negative polarity (-), supplied with electrical energy from a voltage source and / or current source, not shown. As a voltage source, for example, a traction battery or a generator driven by an internal combustion engine can be used.

Jede Halbbrückenanordnung 2, 2', 2" weist in der dargestellten Ausführungsform ein erstes Schaltelement T1, T2, T3 und ein zweites Schaltelement T4, T5, T6 auf, welche in Serie zueinander geschaltet sind. Die ersten Schaltelemente T1, T2, T3 bilden vorliegend eine obere Kommutierungsgruppe Up, während die zweiten Schaltelemente T4, T5, T6 eine untere Kommutierungsgruppe Lo bilden. Als Schaltelemente T1 bis T6 werden bevorzugterweise Leistungshalbleiter, wie IGBTs, MOSFET und/oder Tyristoren, wie beispielsweise GTOs (Gate Turn-Off Tyristor), eingesetzt. Es können auch Relais eingesetzt werden. Die in 1 nicht dargestellten Phasen Ph1, Ph2, Ph3 der elektrischen Maschine 1 werden üblicherweise zwischen den ersten Schaltelementen T1, T2, T3 und den zweiten Schaltelementen T4, T5, T6 mittels Leitungen angeschlossen. Den Schaltelementen T1 bis T6 sind nicht näher bezeichnete Dioden, sogenannte Freilaufdioden bzw. Rückstromdioden, zugeordnet, die in üblicher Weise antiparallel zu den Schaltelementen T1 bis T6 angeordnet sind. Unter antiparallel versteht man, dass die Stromdurchflussrichtung der Dioden entgegenge setzt der bevorzugten Stromdurchflussrichtung der Schaltelemente T1 bis T6 ist. Jedes der Schaltelemente T1 bis T6 wird vorliegend über eine eigene Ansteuereinheit bzw. Treiberstufe (Gate-Drive) des Ansteuersystems angesteuert. Die Ansteuereinheiten sind vorzugsweise in einem Steuergerät angeordnet. Die Ansteuerung erfolgt üblicherweise mit pulsweitenmodulierten Taktungssignalen, wobei über die Pulsweite die Strom- und/oder Drehzahlregelung der elektrischen Maschine 1 erfolgen kann.Each half-bridge arrangement 2 . 2 ' . 2 ' has in the illustrated embodiment, a first switching element T1, T2, T3 and a second switching element T4, T5, T6, which are connected in series with each other. The first switching elements T1, T2, T3 in the present case form an upper commutation group Up, while the second switching elements T4, T5, T6 form a lower commutation group Lo. As switching elements T1 to T6 are preferably power semiconductors, such as IGBTs, MOSFET and / or thyristors, such as GTOs (Gate Turn-Off Tyristor) used. Relays can also be used. In the 1 Ph1, Ph2, Ph3 of the electric machine, not shown 1 are usually connected between the first switching elements T1, T2, T3 and the second switching elements T4, T5, T6 by means of lines. The switching elements T1 to T6 are unspecified designated diodes, so-called free-wheeling diodes or reverse current diodes, which are arranged in a conventional manner anti-parallel to the switching elements T1 to T6. By antiparallel is meant that the current flow direction of the diodes entgegenge sets the preferred current flow direction of the switching elements T1 to T6. Each of the switching elements T1 to T6 is driven in the present case via its own drive unit or driver stage (gate drive) of the drive system. The drive units are preferably arranged in a control unit. The control is usually carried out with pulse-width-modulated timing signals, over the pulse width, the current and / or speed control of the electric machine 1 can be done.

2 zeigt ein Schaltwerk 4 eines erfindungsgemäßen Ansteuersystems, welches zwischen eine nicht dargestellte Steuerplatine, welche insbesondere mit einem Mikroprozessor oder dergleichen versehen ist, und Ansteuereinheiten G1, G2, G3 für die Schaltelemente T1, T2, T3 geschaltet ist. Das Schaltwerk 4 wird über eine nicht näher dargestellte Spannungsquelle gespeist. Als Eingänge erhält das Schaltwerk Phasenpotentiale als Stellgröße (Potentialwechselbefehle) Ph1, Ph2, Ph3 von der nicht dargestellten Steuerplatine, ein logisch invertiertes externes Fehlersignal Failure und von den Ansteuereinheiten G1, G2, G3 ein Fehler- bzw. Statussignal der angesteuerten Schaltelemente T1, T2, T3. In 2 sind exemplarisch nur drei Ansteuereinheiten G1, G2, G3 für die Schaltelemente T1, T2, T3 dargestellt. Die weiteren drei Ansteuereinheiten für die Schaltelemente T4 bis T6 sind nicht dargestellt (Ansteuereinheit G4 siehe 3 und 4). Als Ausgänge weist das Schaltwerk 4 die Ansteuersignale Gatesignal für die Ansteuereinheiten G1, G2, G3, deren Versorgungsleitungen Power und ein Statussignal Status für die Steuerplatine (control board) auf. 2 shows a derailleur 4 a drive system according to the invention, which is connected between a control board, not shown, which is in particular provided with a microprocessor or the like, and drive units G1, G2, G3 for the switching elements T1, T2, T3. The rear derailleur 4 is fed via a voltage source, not shown. As inputs, the switching mechanism receives phase potentials as manipulated variable (potential change commands) Ph1, Ph2, Ph3 from the control board, not shown, a logically inverted external error signal Failure and of the drive units G1, G2, G3 an error or status signal of the driven switching elements T1, T2, T3. In 2 For example, only three drive units G1, G2, G3 for the switching elements T1, T2, T3 are shown. The other three drive units for the Switching elements T4 to T6 are not shown (control unit G4 see 3 and 4 ). The outputs are indicated by the rear derailleur 4 the drive signals gate signal for the drive units G1, G2, G3, their supply lines power and a status signal status for the control board (control board) on.

Alternativ können auch Leistungsteile mit mehr als zwei Schaltelementen je Halbbrückenanordnung 2, 2', 2", beispielweise vier Schaltelemente oder mehr, eingesetzt werden.Alternatively, power parts with more than two switching elements per half-bridge arrangement 2 . 2 ' . 2 ' , For example, four switching elements or more, are used.

Die Ansteuereinheiten G1, G2, G3 weisen nicht dargestellte Mittel zur Erfassung wenigstens eines Betriebszustands des Ansteuersystems auf. Weiterhin sind nicht dargestellte Mittel zur Erfassung wenigstens eines Betriebszustands der permanenterregten elektrischen Maschine 1 vorgesehen. Insbesondere weisen die Ansteuereinheiten nicht dargestellte Mittel zur Erfassung einer Messgröße der Schaltelemente T1 bis T6 auf. Das heißt eine messbare Größe der Schaltelemente T1 bis T6 wird mit Hilfe der jeweiligen zugehörigen Ansteuereinheiten überwacht. Werden als Schaltelemente T1 bis T6 wie vorliegend Transistoren eingesetzt, so wird als Messgröße vorzugsweise die Kollektor-Emitter-Spannung V_ce verwendet. Diese wird als Statusmeldung Status(Vce) der Ansteuereinheiten G1, G2, G3 (2) an das Schaltwerk 4 übergeben.The drive units G1, G2, G3 have means (not shown) for detecting at least one operating state of the drive system. Furthermore, not shown means for detecting at least one operating state of the permanent-magnet electric machine 1 intended. In particular, the drive units have not shown means for detecting a measured variable of the switching elements T1 to T6. That is, a measurable size of the switching elements T1 to T6 is monitored by means of the respective associated drive units. Are used as switching elements T1 to T6 as in the present case transistors, the collector-emitter voltage V _ce is preferably used as the measured variable. This is called status message Status (Vce) of the control units G1, G2, G3 ( 2 ) to the rear derailleur 4 to hand over.

3 zeigt einen vereinfachten Teil des Schaltwerks 4 des erfindungsgemäßen Ansteuersystems mit einer nicht näher bezeichneten Schutzschaltung für die Ansteuereinheit G4 bzw. den Transistor T4. Ein gestrichelt. umrahmter Schaltungsbereich 100 ist für alle drei Phasen Ph1, Ph2, Ph3 gleich. Die Schaltungslogik gemäß 3 stellt für die Ansteuereinheit G4 bzw. für den Transistor T4 der unteren Kommutierungsgruppe Lo ein Ansteuersignal bereit. Der gestrichelt umrahmte Schaltungsbereich 100 wird nur einmal aufgebaut. Er kann für den gesamten Umrichter gemeinsam genutzt werden. Ein Oder-Gatter 10 erhält als Eingangssignale das zuvor invertierte Phasensignal Ph1 sowie ein Fehlersignal der oberen Kommutierungsgruppe UpVce und ein externes Fehlersignal Failure, wonach als Ausgangssignal Ph1 ∨ UpVce ∨ Failure an ein Und-Gatter 11 geliefert wird, welches zusätzlich ein invertiertes Fehlersignal LoVce der unteren Kommutierungsgruppe als Eingangssignal erhält. Der Ausgang des Und-Gatters 11 wird auf ein D-Latch 12 zur Speicherung weitergeleitet, welches das Ansteuersignal Gatesignal für den Transistor T4 an die Ansteuereinheit G4 liefert. Die Ansteuereinheiten G1 und G4 sind aus Sicherheitsgründen mit einer Potentialtrennung versehen. In dem Schaltungsteil 100 sind zwei Oder-Gatter 13a, 13b vorgesehen. Das Oder-Gatter 13a erhält als Eingangssignal die Fehler- bzw. Statussignalleitungen der Schaltelemente T1, T2, T3 der oberen Kommutierungsgruppe Vce-Fault 1 bis Vce-Fault 3 (Fehlersignal obere Kommutierungsgruppe UpVce) und ein externes Fehlersignal Failure, welches zuvor über einen Pull-Down-Widerstand erhalten und invertiert wurde, als Eingangssignale und liefert am Ausgang als Ergebnis (UpVce ∨ Failure) an das Oder-Gatter 10 und an ein weiteres Oder-Gatter 14. Das Oder-Gatter 13b erhält die Fehler- bzw. Statussignale der Ansteuereinheiten der unteren Kommutierungsgruppe Vce-Fault 4 bis Vce-Fault 6 als Eingänge und liefert das Ergebnis LoVce sowohl invertiert an das Und-Gatter 11 als auch direkt an das Oder-Gatter 14. Das Oder-Gatter 14 erhält sein eigenes Ergebnis als Eingang, um das Auftreten eines Fehlersignals festzuhalten. Des weiteren ist eine Verzögerung der Speicherung in dem Speicherelement bzw. D-Latch 12 von τ = 100 Nanosekunden vorgesehen, um sicherzustellen, dass bereits auf das Fehlersignal, welches sowohl ein externer Fehler Failure (z.B. Überspannung im Zwischenkreis, Übertemperatur, oder dergleichen) als auch ein Fehlersignal (z.B. Überspannung) der oberen oder unteren Kommutierungsgruppen UpVce, LoVce sein kann, reagiert wurde. Wie aus 3 weiter ersichtlich, speichert die Schutzschaltung bei Auftreten eines Fehlersignals Vce-Fault 1 bis Vce-Fault 6, Failure das Ansteuersignal Gatesignal für das Schaltelement T4 nach der bereits erfolgten Reaktion auf das Fehlersignal Vce-Fault 1 bis Vce-Fault 6, Failure in dem D-Latch 12. Die Ansteuereinheit G4 liefert (wie die übrigen Ansteuereinheiten) als Ausgangssignal den Fehlerstatus bzw. das Fehlersignal Vce-Fault 4. 3 shows a simplified part of the rear derailleur 4 the control system according to the invention with a non-descript protection circuit for the drive unit G4 and the transistor T4. Dashed. framed circuit area 100 is the same for all three phases Ph1, Ph2, Ph3. The circuit logic according to 3 provides a drive signal for the drive unit G4 or for the transistor T4 of the lower commutation group Lo. The dashed framed circuit area 100 is only set up once. It can be shared for the entire inverter. An OR gate 10 receives as input signals the previously inverted phase signal Ph1 and an error signal of the upper commutation group UpVce and an external error signal Failure, after which as an output signal Ph1 ∨ UpVce ∨ Failure on an AND gate 11 is supplied, which in addition an inverted error signal lovce the lower commutation group receives as an input signal. The exit of the and gate 11 gets on a D-latch 12 forwarded to the storage, which supplies the drive signal gate signal for the transistor T4 to the drive unit G4. The control units G1 and G4 are provided for safety reasons with a potential separation. In the circuit part 100 are two OR gates 13a . 13b intended. The Oder Gate 13a receives as input the error or status signal lines of the switching elements T1, T2, T3 of the upper commutation group Vce-Fault 1 until Vce-Fault 3 (Error signal upper commutation group UpVce) and an external error signal Failure, which was previously obtained via a pull-down resistor and was inverted, as input signals and supplies at the output as a result (UpVce ∨ Failure) to the OR gate 10 and to another OR gate 14 , The Oder Gate 13b receives the error or status signals of the drive units of the lower commutation group Vce-Fault 4 until Vce-Fault 6 as inputs and returns the result LoVce both inverted to the AND gate 11 as well as directly to the Oder Gate 14 , The Oder Gate 14 receives its own result as an input to capture the occurrence of an error signal. Furthermore, there is a delay of storage in the memory element or D-latch 12 of τ = 100 nanoseconds to ensure that already on the error signal, which is both an external error failure (eg overvoltage in the intermediate circuit, overtemperature, or the like) as well as an error signal (eg overvoltage) of the upper or lower commutation groups UpVce, LoVce can, has been reacted. How out 3 as further seen, the protection circuit stores Vce fault upon the occurrence of an error signal 1 until Vce-Fault 6 , Failure the drive signal gate signal for the switching element T4 after the already occurred response to the error signal Vce fault 1 until Vce-Fault 6 , Failure in the D-Latch 12 , The drive unit G4 supplies (like the other drive units) as an output signal the error status or the error signal Vce-Fault 4 ,

Entsprechend ergibt sich aus 4 die Skizze des Schaltwerks zur Ansteuerung der Ansteuereinheit G1 bzw. des Transistors T1. Dabei ist ein Und-Gatter 15 vorgesehen, welches als Eingangssignal das Phasensignal Ph1 und das invertierte externe Fehlersignal Failure erhält und das Ergebnis Ph1 ∧ Failure an ein Oder-Gatter 10' liefert, welches als zusätzlichen Eingang das Fehlersignal LoVce der unteren Kommutierungsgruppe, nämlich die Fehlersignale Vce-Fault 4 bis Vce-Fault 6 erhält und das Ergebnis Ph1 ∧ Failure ∨ LoVce an das Und-Gatter 11' weiterleitet, welches als zusätzlichen. Eingang das invertierte Fehlersignal der oberen Kommutierungsgruppe UpVce erhält und das Ergebnis an das D-Latch 12 liefert, welches das Ansteuersignal an die Ansteuereinheit G1 liefert. Die Signale LoVce, UpVce und kein Fehler werden aus dem Schaltungsteil 100 (siehe 3), welcher für alle Transistoren T1 bis T6 verwendet werden kann, geliefert. Dabei wird das Signal LoVce direkt an dem Oder-Gatter 13b abgegriffen. Für den Erhalt des Signals UpVce ist ein Invertierglied und ein zusätzliches nicht dargestelltes Oder-Gatter vorzusehen. Welches UpVce liefert, da das Oder-Gatter 13a bereits als Ergebnis UpVce ∨ Failure liefert. Für die Transistoren T3, T6 bzw. T2, T5 ergeben sich die Schaltkreise analog zu den in den 3, 4 dargestellten Schaltungsskizzen für die Transistoren T1, T4.Accordingly, results 4 the sketch of the switching mechanism for driving the drive unit G1 and the transistor T1. There is an and-gate 15 provided which as input signal, the phase signal Ph1 and the inverted external error signal Failure receives and the result Ph1 ∧ Failure to an OR gate 10 ' which provides as additional input the error signal LoVce of the lower commutation group, namely the error signals Vce-Fault 4 until Vce-Fault 6 receives and the result Ph1 ∧ Failure ∨ LoVce to the and gate 11 ' which passes as additional. Input the inverted error signal of the upper commutation group UpVce receives and the result to the D-Latch 12 supplies, which supplies the drive signal to the drive unit G1. The signals LoVce, UpVce and no error will be from the circuit part 100 (please refer 3 ), which can be used for all transistors T1 to T6, is supplied. The signal LoVce is directly at the OR gate 13b tapped. For the receipt of the signal UpVce is an inverter and an additional not shown OR gate provided. Which UpVce delivers as the OR gate 13a already as a result UpVce ∨ Failure delivers. For the transistors T3, T6 and T2, T5, the circuits are analogous to those in the 3 . 4 illustrated circuit diagrams for the transistors T1, T4.

Die booleschen Gleichungen, nach denen die Steuersignale gebildet werden, lauten:
Gatesignal für G4 = (Ph1 ∨ Failure ∨ UpVce) ∧ LoVce für T4 als Ergebnis am Ausgang des Und-Gatters 11 und
Gatesignal für G1 = (Ph1 ∧ Failure ∨ LoVce) ∧ UpVce für T1 als Ergebnis am Ausgang des Und-Gatters 11'.The Boolean equations according to which the control signals are formed are:
Gate signal for G4 = ( Ph1 ∨ Failure ∨ UpVce) ∧ lovce for T4 as a result at the output of the AND gate 11 and
Gate signal for G1 = (Ph1 ∧ Failure ∨ LoVce) ∧ UpVce for T1 as a result at the output of the AND gate 11 ' ,

Nachstehend ist eine Wahrheitstabelle für die Schaltwerke aus den 3 und 4 dargestellt.Below is a truth table for the rear derailleurs from the 3 and 4 shown.

Des weiteren kann das D-Latch 12 auch direkt in nicht dargestellten Ansteuereinheiten untergebracht sein. Somit ist es denkbar, eine Ansteuereinheit für ein Schaltelement T1 bis T6 einer Halbbrückenanordnung zur Stromversorgung einer elektrischen Maschine 1 über einen Zwischenkreis 3 mit einem Speicherelement 12 zu schaffen, welche derart konfigurierbar ist, dass entweder bei einem Auftreten eines Fehlersignals das Ansteuersignal für das Schaltelement nach der bereits erfolgten Reaktion auf das Fehlersignal in einem Speicherelement 12 gespeichert wird oder eine Abschaltung des Schaltelements erfolgt. Dadurch kann die konfigurierbare Ansteuereinheit auch für Asynchronmaschinen oder dergleichen eingesetzt werden. Der gewünschte Betrieb kann einfach über eine Programmierung, z.B. über einen Jumper, festgelegt werden.Furthermore, the D-latch 12 be accommodated directly in drive units, not shown. Thus, it is conceivable, a drive unit for a switching element T1 to T6 a half-bridge arrangement for powering an electrical machine 1 via a DC link 3 with a storage element 12 which is configurable such that either the occurrence of an error signal, the drive signal for the switching element after the already occurred response to the error signal in a memory element 12 is stored or a shutdown of the switching element takes place. As a result, the configurable control unit can also be used for asynchronous machines or the like. The desired operation can simply be defined by programming, eg via a jumper.

In 5 ist eine redundante Steuerspannungsversorgung für die Ansteuereinheiten G1 bis G4 dargestellt. Da bei einem möglichen Ausfall der 12 Volt-Steuerspannung des Fahrzeugs keinerlei steuernde Eingriffe mehr möglich wären, kann die Steuerspannungsvorsorgung redundant ausgeführt werden. Somit kann das Leistungsteil auch bei Ausfall der 12 Volt-Steuerspannung noch geschützt werden. Hierzu erzeugt ein DC/DC-Konverter 16 eine 12 Volt-Steuerspannung aus dem Zwischenkreis 3.In 5 a redundant control voltage supply for the drive units G1 to G4 is shown. Since in a possible failure of the 12 volt control voltage of the vehicle no controlling interventions would be possible, the control power supply can be redundant. Thus, the power unit can still be protected even in case of failure of the 12 volt control voltage. For this creates a DC / DC converter 16 a 12 volt control voltage from the DC link 3 ,

Claims

Control system for a permanent-magnet electric machine ( 1 ), each phase of the electric machine ( 1 ) a half-bridge arrangement ( 2 . 2 ' . 2 ' ) with a first (T1, T2, T3) and a second switching element (T4, T5, T6) for power supply via a DC link ( 3 ), wherein at least one drive unit (G1, G2, G3, G4) for driving the switching elements (T1, ..., T6) is provided, wherein a switching mechanism ( 4 ), which is a protection circuit for at least one of the permanent-magnet machine ( 1 ) associated half-bridge arrangement ( 2 . 2 ' . 2 ' ) and wherein the protection circuit upon the occurrence of an error signal (Vce fault 1 , ..., Vce-Fault 6 , Failure) the drive signals (gate signal) for the switching elements (T1, ..., T6) after the already occurred response to the error signal in a memory element ( 12 ) stores.

Drive system according to claim 1, characterized in that at the first occurrence of the error signal (Vce fault 1 , ..., Vce-Fault 6 , Failure) the drive signals (gate signal) are stored with a delay.

Drive system according to claim 1 or 2, characterized in that the memory element ( 12 ) is arranged in the drive unit (G1, G2, G3, G4) of the respective switching element (T1, ..., T6).

Drive system according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the memory element as a flip-flop, in particular as a D-latch ( 12 ) is trained.

Drive unit for a switching element (T1, ..., T6) of a half-bridge arrangement ( 2 . 2 ' . 2 ' ) for the power supply of an electrical machine ( 1 ) via a DC link ( 3 ) with a memory element ( 12 ), which is configurable such that either at an occurrence of an error signal (Vce fault 1 , ..., Vce-Fault 6 , Failure) the drive signal (gate signal) for the switching element (T1, ..., T6) after the already occurred response to the error signal (Vce fault 1 , ..., Vce-Fault 6 , Failure) in the memory element ( 12 ) is stored or a shutdown of the switching element (T1, ..., T6) takes place.