DE102013215922A1 - Safe commissioning of a pulse inverter - Google Patents

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Abstract

Eine Schaltungsanordnung (1) für einen Pulswechselrichter wird angegeben, die trotz eines vergleichsweise kompakten Aufbaus ein sicheres Einschalten des Pulswechselrichters ermöglicht. Die Schaltungsanordnung (1) umfasst zur Erzeugung einer Gate-Versorgungsspannung (UG) in einem Gate-Versorgungskreis (3) für einen Halbleiterschalter des Pulswechselrichters einen Steuerkreis (2), dem eine Steuerspannung (US) zugeordnet ist. Zur Vorladung eines Zwischenkreiskondensators (5) auf eine bestimmte Vorladespannung (UV) umfasst der Pulswechselrichter (1) einen Ladekreis (4), der erfindungsgemäß mittelbar oder unmittelbar auf die Steuerspannung (US) zugreift.A circuit arrangement (1) for a pulse-controlled inverter is specified which, despite a comparatively compact design, enables reliable switching-on of the pulse-controlled inverter. For generating a gate supply voltage (UG) in a gate supply circuit (3) for a semiconductor switch of the pulse-controlled inverter, the circuit arrangement (1) comprises a control circuit (2) to which a control voltage (US) is assigned. For precharging a DC link capacitor (5) to a specific precharge voltage (UV), the pulse inverter (1) comprises a charging circuit (4) which, according to the invention, directly or indirectly accesses the control voltage (US).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Pulswechselrichters (auch kurz: „PWR“), insbesondere für einen Pulswechselrichter im Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs. The invention relates to a circuit arrangement for controlling a pulse-controlled inverter (also abbreviated to "PWR"), in particular for a pulse-controlled inverter in the drive train of an electric vehicle.

Der Antriebsstrang (Leistungskreis) eines Elektrofahrzeugs – sei es ein reines Elektrofahrzeug oder ein Fahrzeug mit Hybridantrieb – umfasst typischerweise eine (Hochvolt-)Batterie, einen Elektromotor sowie einen (Puls-)Wechselrichter (Inverter) zur Umrichtung der von der Batterie gelieferten Gleichspannung in die zum Antrieb des Elektromotors erforderliche – meist mehrphasige – Wechselspannung. Die diesem Leistungskreis zugeordnete Hochvolt-Versorgung (typischerweise in einem Spannungsbereich von etwa 400 Volt) ist im Folgenden auch als Betriebsspannung bezeichnet. The powertrain (power circuit) of an electric vehicle - be it a pure electric vehicle or a vehicle with hybrid drive - typically includes a (high voltage) battery, an electric motor and a (pulse) inverter (inverter) for converting the DC voltage supplied by the battery into the required for driving the electric motor - usually multi-phase - AC voltage. The high-voltage supply associated with this power circuit (typically in a voltage range of about 400 volts) is also referred to below as the operating voltage.

Dem Wechselrichter ist gleichspannungsseitig als Energiepuffer üblicherweise ein Zwischenkreiskondensator zugeordnet. The inverter is on the DC side as an energy buffer usually associated with a DC link capacitor.

Für den Betrieb des Pulswechselrichters ist neben dem Leistungskreis ein Steuerkreis notwendig, über den die Halbleiterschalter des Pulswechselrichters angesteuert werden. Dem Steuerkreis ist im Gegensatz zu der Hochvolt-Versorgung („HV“) des Leistungskreises eine im Folgenden auch als Steuerspannung bezeichnete Niedervolt-Versorgung („LV“) im Bereich von 6 bis 17 Volt zugeordnet. For the operation of the pulse inverter in addition to the power circuit, a control circuit is necessary, via which the semiconductor switches of the pulse inverter are controlled. In contrast to the high-voltage supply ("HV") of the power circuit, the control circuit is assigned a low-voltage supply ("LV"), which is also referred to below as the control voltage, in the range from 6 to 17 volts.

Beim Hochfahren des Pulswechselrichters wird herkömmlicherweise zunächst die Steuerspannung zugeschaltet. Nachdem eine dem PWR zugeordnete Steuerungseinheit (beispielsweise ein Mikrocontroller) hochgefahren ist und gegebenenfalls eine Selbstdiagnose vorgenommen hat, wird die Betriebsspannung des Leistungskreises zugeschaltet. Häufig wird zuvor zur Reduzierung von Einschaltströmen der Zwischenkreiskondensator vorgeladen. Die Vorladung des Zwischenkreiskondensators erfolgt üblicherweise über eine Ladeschaltung, die einen definierten Verladestrom aus der Hochvoltversorgung zieht. When starting the pulse inverter, the control voltage is conventionally first switched on. After a control unit (for example a microcontroller) assigned to the PWR has started up and has optionally carried out a self-diagnosis, the operating voltage of the power circuit is switched on. Frequently, the DC link capacitor is pre-charged to reduce inrush currents. The precharging of the intermediate circuit capacitor is usually carried out via a charging circuit, which draws a defined Verladestrom from the high-voltage supply.

Eine solchen Ladeschaltung ist nachteiligerweise mit einem vergleichsweise großen Platzbedarf behaftet. Zudem liegt nach der Vorladung in der Regel bereits die volle Betriebsspannung am Zwischenkreis an, die im Falle eines Fehlers oder Defekts ein erhebliches Gefährdungspotential haben kann. Wünschenswerte Tests und Diagnosen, wie beispielsweise Funktionstest der Halbleiterschalter und Leitungen sowie Kurzschlusstests können daher vor dem Start des Pulswechselrichters allenfalls in stark eingeschränktem Umfang gefahrlos durchgeführt werden. Such a charging circuit is disadvantageously associated with a comparatively large space requirement. In addition, the full operating voltage is usually already present at the DC link after the precharge, which can have a considerable hazard potential in the event of a fault or defect. Desirable tests and diagnostics, such as functional test of the semiconductor switches and lines and short-circuit tests can therefore be carried out before the start of the pulse inverter at best to a very limited extent safely.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einschaltvorgang eines Pulswechselrichters vergleichsweise sicher zu gestalten und dennoch mit möglichst geringem Material- und Platzbedarf auszukommen. The invention has for its object to make the switching of a pulse inverter comparatively safe and still get along with the least possible material and space requirements.

Bezüglich einer Schaltungsanordnung für einen Pulswechselrichter wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich eines Verfahrens zum Einschalten des Pulswechselrichters wird oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 8. With regard to a circuit arrangement for a pulse inverter, this object is achieved according to the invention by the features of claim 1. With regard to a method for switching on the pulse inverter, the above-mentioned object is achieved according to the invention by the features of claim 8.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist für einen Pulswechselrichter vorgesehen, der insbesondere für einen Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs eingesetzt ist. Der Pulswechselrichter umfasst mindestens einen Halbleiterschalter, der zur Taktung der Ausgangsleistung des Pulswechselrichters dient. Der oder jeder Halbleiterschalter ist in an sich bekannter Weise insbesondere durch einen IGBT (engl.: „insulated-gate bipolar transistor“, Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) oder einen MOSFET (engl.: „metaloxide-semiconductor field-effect transistor“, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) gebildet. The circuit arrangement according to the invention is provided for a pulse inverter, which is used in particular for a drive train of an electric vehicle. The pulse inverter comprises at least one semiconductor switch which serves to clock the output power of the pulse-controlled inverter. The or each semiconductor switch is known per se, in particular by an IGBT (insulated gate bipolar transistor) or a MOSFET Metal oxide semiconductor field effect transistor).

Zur Ansteuerung des oder jeden Halbleiterschalters umfasst die Schaltungsanordnung einen Steuerkreis, an dem zur Erzeugung einer Gate-Versorgungsspannung in einem Gate-Versorgungskreis des Halbleiterschalters eine Steuerspannung anliegt. Im Falle eines Elektrofahrzeugs hat die Steuerspannung typischerweise einen Spannungswert in einem Bereich von 6 bis 17 Volt. For driving the or each semiconductor switch, the circuit arrangement comprises a control circuit to which a control voltage is applied to generate a gate supply voltage in a gate supply circuit of the semiconductor switch. In the case of an electric vehicle, the control voltage typically has a voltage value in a range of 6 to 17 volts.

Die Schaltungsanordnung umfasst zudem einen Zwischenkreiskondensator, vorzugsweise einen (Kunststoff-)Folienkondensator, dem ein Ladekreis zur Vorladung des Zwischenkreiskondensators zugeordnet ist. The circuit arrangement additionally comprises an intermediate circuit capacitor, preferably a (plastic) film capacitor, to which a charging circuit for precharging the intermediate circuit capacitor is assigned.

Erfindungsgemäß greift der Ladekreis, um den Zwischenkreiskondensator auf eine gewünschte Vorladespannung vorzuladen, mittelbar oder unmittelbar auf die Steuerspannung zu. Die Vorladung des Zwischenkreiskondensators erfolgt somit aus der Niedervolt-Versorgung des Pulswechselrichters. According to the invention, the charging circuit, in order to pre-charge the intermediate circuit capacitor to a desired precharging voltage, accesses the control voltage indirectly or directly. The precharging of the DC link capacitor thus takes place from the low-voltage supply of the pulse inverter.

Dadurch, dass für das Vorladen des PWR die ungefährliche Niedervolt-Versorgung herangezogen wird, kann die Funktionalität des PWR bereits vor dem Zuschalten der Hochvolt-Versorgung gefahrlos getestet werden. Die erfindungsgemäße Vorladung dient somit vorrangig Diagnosezwecken. In diesem Sinne gestaltet sich der Einschaltvorgang des erfindungsgemäßen PWR sowohl hinsichtlich der Personensicherheit als auch hinsichtlich der Fehlersicherheit besonders vorteilhaft. Da aufgrund der von Haus aus gefahrlosen Niedervolt-Spannung auf weitere Schaltungen zur Begrenzung der Vorladespannung verzichtet werden kann, ist der erfindungsgemäße PWR zudem vorteilhafterweise mit verhältnismäßig geringem Material- und Platzaufwand realisierbar. Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Vorladung aber auch in an sich herkömmlicher Weise zur Entlastung der Hochvoltbatterie eingesetzt werden, indem der Zwischenkreiskondensator auf eine entsprechend hochgesetzte Spannung vorgeladen wird, so dass der Einschaltstrom beim Aufschalten der Hochvoltbatterie reduziert wird. The fact that the non-hazardous low-voltage supply is used for the pre-charging of the PWR, the functionality of the PWR can be tested safely before connecting the high-voltage supply. The pre-charging according to the invention thus serves primarily diagnostic purposes. In this sense, the switch-on of the inventive PWR designed both in terms of personal safety and in terms of error safety is particularly advantageous. Because of the House from safe low-voltage voltage can be dispensed with further circuits for limiting the pre-charge voltage, the inventive PWR is also advantageously realized with relatively little material and space. In principle, however, the precharge according to the invention can also be used in a conventional manner to relieve the high-voltage battery by precharging the intermediate circuit capacitor to a voltage that is correspondingly high, so that the inrush current when connecting the high-voltage battery is reduced.

Aus Gründen der Personensicherheit ist die – im vorgeladenen Zustand zum Zweck der Diagnose am Zwischenkreiskondensator anliegende – Vorladespannung vorzugsweise auf maximal 60 Volt begrenzt. Insbesondere ist die Vorladespanung sogar wesentlich niedriger angesetzt als 60 Volt und entspricht dem Wert nach beispielsweise der Niedervoltversorgung. Sofern die Personensicherheit durch andere Maßnahmen gewährleistet ist, kann die Vorladespannung grundsätzlich aber auch höhere Werte annehmen. Gegebenenfalls wird die – in der Regel niedrigere – Spannung der Niedervoltversorgung in entsprechendem Maße hochgesetzt. For reasons of personal safety, the precharging voltage applied to the intermediate circuit capacitor in the precharged state for the purpose of diagnosis is preferably limited to a maximum of 60 volts. In particular, the Vorladespanung even much lower than 60 volts and corresponds in value, for example, the low-voltage supply. If personal safety is ensured by other measures, the pre-charging voltage can generally assume higher values. If necessary, the voltage of the low-voltage supply, which is generally lower, is increased to a corresponding extent.

Um ein Überschlagen der Betriebsspannung auf den Steuerkreis auszuschließen, ist zweckmäßigerweise der oder jeder Gate-Versorgungskreis von dem Steuerkreis über einen oder mehrere Gleichspannungswandler mit galvanischer Trennung, insbesondere einen Sperrwandler oder Durchflusswandler, galvanisch getrennt. In order to exclude a rollover of the operating voltage to the control circuit, the or each gate supply circuit is expediently galvanically isolated from the control circuit via one or more DC-DC converter with galvanic isolation, in particular a flyback converter or forward converter.

In einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung greift der Ladekreis eine zur Vorladung notwendige Vorladespannung an dem mindestens einen Gate-Versorgungskreis ab. Hierbei wird also unmittelbar einer der Gate-Versorgungskreise zur Vorladung des Zwischenkreiskondensators herangezogen. In one embodiment of the circuit arrangement, the charging circuit picks up a precharging voltage necessary for precharging at the at least one gate supply circuit. In this case, therefore, one of the gate supply circuits for precharging the DC link capacitor is used directly.

In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung einen Gleichspannungswandler, dessen galvanische Trennung eine zusätzliche (also eine über die für den Betrieb des Pulswechselrichters herkömmlicherweise ohnehin notwendigen Sekundärwicklung hinausgehende) Sekundärwicklung („Transformatorspule“) umfasst. In dieser Ausführungsform greift der Ladekreis die Vorladespannung an dieser zusätzlichen Sekundärwicklung ab. Die zusätzliche Sekundärwicklung wird in diesem Fall also ausschließlich zur Vorladung des Zwischenkreiskondensators herangezogen. Vorteilhafterweise kann hierbei die Vorladespannung unabhängig von der Gate-Versorgungsspannung gewählt werden, insbesondere kann die Vorladespannung die Spannung in den Gate-Versorgungskreisen auch übersteigen. In an alternative embodiment, the circuit arrangement comprises a DC-DC converter, the galvanic isolation of which comprises an additional secondary winding ("transformer coil") (that is, beyond the secondary winding conventionally required anyway for the operation of the PWM inverter). In this embodiment, the charging circuit picks up the precharge voltage at this additional secondary winding. The additional secondary winding is thus used exclusively for precharging the DC link capacitor in this case. Advantageously, in this case the precharge voltage can be selected independently of the gate supply voltage, in particular the precharge voltage can also exceed the voltage in the gate supply circuits.

Zweckmäßigerweise sind in dem Ladekreis ein Schalter und/oder eine Diode angeordnet. Der Schalter ist zweckmäßigerweise wiederum durch einen Halbleiterschalter gebildet, kann in alternativer Ausführung aber auch als elektromechanisches Relais realisiert sein. Standardgemäß wird der Schalter geöffnet (um den Stromfluss zu unterbrechen), sobald die Vorladung abgeschlossen ist, insbesondere bevor die Betriebsspannung aufgeschaltet wird. Die Diode dient als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme, um zu verhindern, dass im Betrieb des Pulswechselrichters die Hochvoltspannung des Zwischenkreises auf den Gate-Versorgungskreis wirkt. Conveniently, a switch and / or a diode are arranged in the charging circuit. The switch is expediently again formed by a semiconductor switch, but can also be implemented as an electromechanical relay in an alternative embodiment. By default, the switch is opened (to interrupt the flow of current) as soon as the precharge is completed, in particular before the operating voltage is switched on. The diode serves as an additional safety measure to prevent the high-voltage voltage of the DC link from acting on the gate supply circuit during operation of the pulse-controlled inverter.

Bevorzugt umfasst die Schaltungsanordnung eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Zwischenkreiskondensator unter Nutzung der Steuerspannung auf eine vorgegebene Zwischenkreisspannung vorzuladen. Preferably, the circuit arrangement comprises a control device, which is set up to pre-charge the intermediate circuit capacitor using the control voltage to a predetermined intermediate circuit voltage.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einschalten eines Pulswechselrichters mit einer Schaltungsanordnung gemäß vorstehender Beschreibung wird eine zur Vorladung des Zwischenkreiskondensators erforderliche Vorladespannung mittelbar oder unmittelbar aus der Steuerspannung erzeugt. In a method according to the invention for switching on a pulse inverter with a circuit arrangement according to the above description, a precharging voltage required for precharging the intermediate circuit capacitor is generated directly or indirectly from the control voltage.

In einer Weiterbildung des Verfahrens wird der Zwischenkreiskondensator auf eine vorgegebene Zwischenkreisspannung vorgeladen, insbesondere auf maximal 60 Volt. Anschließend wird unter Ausnutzung der anliegenden Zwischenkreisspannung mindestens ein Funktionstest des Pulswechselrichters durchgeführt. Erst nach einer erfolgreichen Durchführung des Funktionstest wird eine Betriebsspannung zugeschaltet. Andernfalls wird insbesondere das Hochfahren des Pulswechselrichters abgebrochen. In a further development of the method, the intermediate circuit capacitor is precharged to a predetermined intermediate circuit voltage, in particular to a maximum of 60 volts. Subsequently, at least one functional test of the pulse-controlled inverter is performed by utilizing the applied intermediate circuit voltage. Only after a successful execution of the function test, an operating voltage is switched on. Otherwise, in particular the startup of the pulse inverter is aborted.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 ein schematisiertes Schaltbild einer Schaltungsanordnung für einen Pulswechselrichter gemäß einer ersten Ausführungsform in der eine Vorladespannung zur Vorladung einer Zwischenkreiskapazität an einem Gate-Versorgungskreis des Pulswechselrichters abgegriffen wird, und 1 a schematic circuit diagram of a circuit arrangement for a pulse inverter according to a first embodiment in which a precharge voltage for precharging a DC link capacitance is tapped at a gate supply circuit of the pulse inverter, and

2 in Darstellung gemäß 1 die Schaltungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform, in der die Vorladespannung an einer hierzu eingerichteten Ladespule eines Sperrwandlers des Pulswechselrichters abgegriffen wird. 2 in illustration according to 1 the circuit arrangement in a second embodiment, in which the pre-charging voltage is tapped at a charging coil arranged thereon of a flyback converter of the pulse-controlled inverter.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.

1 zeigt eine Schaltungsanordnung 1 zum sicheren Einschalten eines Pulswechselrichters (PWR), der in einem Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs eingesetzt ist. 1 shows a circuit arrangement 1 for safe switching on of a pulse-controlled inverter (PWR), which is used in a drive train of an electric vehicle.

In der hier dargestellten ersten Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung 1 einen Steuerkreis 2, drei Gate-Versorgungskreise 3, sowie einen Ladekreis 4, zur Vorladung eines Zwischenkreiskondensators 5. In the first embodiment shown here, the circuit arrangement comprises 1 a control circuit 2 , three gate supply circuits 3 , as well as a charging circuit 4 , for precharging a DC link capacitor 5 ,

An dem Steuerkreis 2 liegt als Steuerspannung US eine Niedervolt-Versorgung des Bordnetzes des Elektrofahrzeugs an. Dementsprechend liegt die Steuerspannung US im Bereich von 6 bis 17 Volt, hier beispielhaft bei 17 Volt. At the control circuit 2 is located as a control voltage U S a low-voltage supply to the electrical system of the electric vehicle. Accordingly, the control voltage U S is in the range of 6 to 17 volts, here by way of example at 17 volts.

Jeder der Gate-Versorgungskreise 3, dient zur Spannungsversorgung der Gate-Anschlüsse der (hier nicht dargestellten) Halbleiterschalter in einer jeweils zugeordneten Phase des PWR. An jedem Gate-Versorgungskreis 3 liegt eine zugeordnete Gate-Versorgungsspannung UG an, die ihrem Wert nach beispielsweise der Steuerspannung US entspricht (UG = US). Each of the gate supply circuits 3 , is used to supply voltage to the gate terminals of the (not shown here) semiconductor switches in a respective associated phase of the PWR. At each gate supply circuit 3 is an associated gate supply voltage U G , which corresponds in value, for example, the control voltage U S (U G = U S ).

Zwischen Steuerkreis 2 und Gate-Versorgungskreis 3 ist jeweils ein Sperrwandler 6 zwischengeordnet. Jeder Sperrwandler 6 umfasst jeweils eine dem Steuerkreis zugeordnete Primärwicklung 7 sowie eine dem jeweiligen Gate-Versorgungskreis 3 zugeordnete Sekundärwicklung 8. Between control circuit 2 and gate supply circuit 3 is in each case a flyback converter 6 interposed. Every flyback converter 6 each includes a primary winding associated with the control circuit 7 as well as the respective gate supply circuit 3 assigned secondary winding 8th ,

Der Ladekreis 4 ist gemäß der Darstellung an einen der Gate-Versorgungskreise 3 angeschlossen, so dass an dem Ladekreis 4 als Vorladespannung UV die Gate-Versorgungsspannung UG anliegt. The charging circuit 4 is as shown on one of the gate supply circuits 3 connected so that on the charging circuit 4 as pre-charge voltage U V, the gate supply voltage U G is present.

Der Ladekreis 4 umfasst in Reihenschaltung einen Schalter 10, sowie eine Diode 11. The charging circuit 4 includes in series a switch 10 , as well as a diode 11 ,

Beim Einschaltvorgang des Pulswechselrichters 1 wird zunächst der Schalter 10 geschlossen, so dass die Gate-Versorgung 3 auf den Zwischenkreiskondensator 5 geschaltet wird. Der Schalter 10 bleibt geschlossen bis der Zwischenkreiskondensator 5 auf eine gewünschte Zwischenkreisspannung UZ vorgeladen ist. Beispielsweise wird der Zwischenkreiskondensator 5 auf den Wert der Gate-Spannung UG aufgeladen (UV = UG). Anschließend wird der Schalter 10 geöffnet, bevor schließlich nach einem erfolgreichen Durchlaufen von einem oder mehreren Funktionstests eine Betriebsspannung (die Hochspannung einer dem PWR zugeordneten Hochvolt-Batterie von hier 400 V) dem den Zwischenkreiskondensator 5 enthaltenden Zwischenkreis zugeschaltet wird. Die Diode 11 verhindert zusätzlich, dass sich die Zwischenkreisspannung UZ auf die Gate-Versorgungsspannung UG auswirkt. When switching on the pulse inverter 1 will be the switch first 10 closed, leaving the gate supply 3 on the DC link capacitor 5 is switched. The desk 10 remains closed until the DC link capacitor 5 is preloaded to a desired intermediate circuit voltage U Z. For example, the DC link capacitor 5 charged to the value of the gate voltage U G (U V = U G ). Subsequently, the switch 10 opened, before finally, after successfully passing through one or more function tests, an operating voltage (the high voltage of a 400V high-voltage battery assigned to the PWR) to the intermediate circuit capacitor 5 containing intermediate circuit is switched on. The diode 11 additionally prevents the intermediate circuit voltage U Z from affecting the gate supply voltage U G.

Die vorstehend erwähnten Funktionstests umfassen beispielsweise:

  • – Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Halbleiterschalter,
  • – Desaturationsüberwachung,
  • – Spannungsüberwachung,
  • – Test von Stromsensoren,
  • – Test auf einen (Brücken-)Kurzschluss.
The above-mentioned functional tests include, for example:
  • - checking the functionality of the semiconductor switches,
  • - desaturation monitoring,
  • - voltage monitoring,
  • - test of current sensors,
  • - Test for a (bridge) short circuit.

Die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Schaltungsanordnung 1 entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform. Im Unterschied dazu ist hier nur ein einziger Sperrwandler 6 vorgesehen, der eine gemeinsame Primärwicklung 7 und zusätzlich zu den Sekundärwicklungen 8 der drei Gate-Versorgungskreise 3 als Ladespule 20 eine vierte Sekundärwicklung umfasst. Der Ladekreis 4 greift hier als Vorladespannung UV auf die an der Ladespule 20 anliegende Spannung zu, die in diesem Fall unabhängig von der Gate-Versorgungsspannung UG eingestellt werden kann. In the 2 illustrated second embodiment of the circuit arrangement 1 essentially corresponds to the first embodiment. In contrast, here is only a single flyback converter 6 provided a common primary winding 7 and in addition to the secondary windings 8th the three gate supply circuits 3 as a charging coil 20 a fourth secondary winding comprises. The charging circuit 4 engages here as pre-charging voltage U V on the on the charging coil 20 applied voltage to, which can be adjusted in this case, regardless of the gate supply voltage U G.

In zweckmäßiger Ausführung ist in den Ladekreis 4 eine (nicht explizit dargestellte) Strombegrenzungsschaltung geschaltet. Zudem wird zu Diagnosezwecken über eine (ebenfalls nicht explizit dargestellte) Messschaltung zweckmäßigerweise die Zwischenkreisspannung UZ gemessen. In practical execution is in the charging circuit 4 a (not explicitly shown) current limiting circuit connected. In addition, the intermediate circuit voltage U Z is expediently measured for diagnostic purposes via a measuring circuit (likewise not explicitly shown).

Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschrieben Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. The object of the invention is not limited to the embodiments described above. Rather, other embodiments of the invention may be derived by those skilled in the art from the foregoing description.

So können insbesondere anstelle der beschriebenen Sperrwandler 6 andere Gleichspannungswandler mit galvanischer Trennung eingesetzt werden, insbesondere Durchflusswandler. Thus, in particular instead of the described flyback converter 6 other DC-DC converters are used with galvanic isolation, in particular flow transducers.

Des Weiteren kann auch eine abweichende Anzahl von Gate-Versorgungskreisen 3 vorgesehen sein, insbesondere vier oder sechs Gate-Versorgungskreise 3. Furthermore, a different number of gate supply circuits can also be used 3 be provided, in particular four or six gate supply circuits 3 ,

Ferner können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden. Furthermore, the described with reference to the various embodiments, individual features of the invention and its design variants can be combined with each other in other ways.

Claims (9)

Schaltungsanordnung (1) zur Ansteuerung eines Pulswechselrichter (1), insbesondere für einen Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs, der mindestens einen Halbleiterschalter zur Taktung seiner Ausgangsleistung umfasst, – mit einem Steuerkreis (2), dem eine Steuerspannung (US) zugeordnet ist, zur Erzeugung einer Gate-Versorgungsspannung (UG) in einem Gate-Versorgungskreis (3) des mindestens einen Halbleiterschalters, – mit einem Zwischenkreiskondensator (5), sowie – mit einem Ladekreis (4) zur Vorladung des Zwischenkreiskondensators (5), wobei der Ladekreis (4) zur Vorladung des Zwischenkreiskondensators (5) auf eine bestimmte Vorladespannung (UV) mittelbar oder unmittelbar auf die Steuerspannung (US) zugreift. Circuit arrangement ( 1 ) for controlling a pulse inverter ( 1 ), in particular for a drive train of an electric vehicle, which comprises at least one semiconductor switch for timing its output power, - with a control circuit ( 2 ), to which a control voltage (U S ) is assigned, for generating a gate voltage Supply voltage (U G ) in a gate supply circuit ( 3 ) of the at least one semiconductor switch, - with a DC link capacitor ( 5 ), and - with a charging circuit ( 4 ) for precharging the DC link capacitor ( 5 ), the charging circuit ( 4 ) for precharging the DC link capacitor ( 5 ) accesses a certain precharge voltage (U V ) indirectly or directly to the control voltage (U S ). Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der Steuerkreis (2) von dem Gate-Versorgungskreis (3) durch einen Gleichspannungswandler mit galvanischer Trennung, insbesondere durch einen Sperrwandler (6), galvanisch getrennt ist. Circuit arrangement ( 1 ) according to claim 1, wherein the control circuit ( 2 ) from the gate supply circuit ( 3 ) by a DC-DC converter with galvanic isolation, in particular by a flyback converter ( 6 ), is galvanically isolated. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ladekreis (4) die zur Vorladung erforderliche Vorladespannung (UV) an dem Gate-Versorgungskreis (3) abgreift. Circuit arrangement ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the charging circuit ( 4 ) the precharge voltage (U V ) required for precharging at the gate supply circuit ( 3 ) picks up. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 2 oder 3, mit einem Gleichspannungswandler (6), der eine zusätzliche Sekundärspule (20) umfasst, wobei der Ladekreis (4) die zur Vorladung erforderliche Vorladespannung (UV) an dieser zusätzlichen Sekundärspule (20) abgreift. Circuit arrangement ( 1 ) according to claim 2 or 3, with a DC-DC converter ( 6 ), which has an additional secondary coil ( 20 ), the charging circuit ( 4 ) the precharge voltage (U V ) required for precharging at this additional secondary coil ( 20 ) picks up. Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ladekreis (4) einen Schalter (10) und/oder eine Diode (11) umfasst. Circuit arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the charging circuit ( 4 ) a switch ( 10 ) and / or a diode ( 11 ). Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vorladespannung (UV) auf maximal 60V begrenzt ist. Circuit arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the precharge voltage (U V ) is limited to a maximum of 60V. Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Zwischenkreiskondensator (5) unter Nutzung der Steuerspannung (US) auf die vorgegebene Vorladespannung (UV) vorzuladen. Circuit arrangement ( 1 ) according to one of Claims 1 to 6, having a control device which is set up to connect the intermediate circuit capacitor ( 5 ) with the use of the control voltage (U S ) precharged to the predetermined pre-charging voltage (U V ). Verfahren zum Einschalten eines Pulswechselrichters mit Hilfe einer Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, in dem eine vorgegebene Vorladespannung (UV) zur Vorladung des Zwischenkreiskondensators (5) mittelbar oder unmittelbar aus der Steuerspannung (US) erzeugt wird. Method for switching on a pulse-controlled inverter by means of a circuit arrangement according to one of Claims 1 to 7, in which a predetermined pre-charging voltage (U V ) for precharging the intermediate circuit capacitor ( 5 ) is generated directly or indirectly from the control voltage (U S ). Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Zwischenkreiskondensator (5) auf die vorgegebene Vorladespannung (UV) vorgeladen wird, bei dem mindestens ein Funktionstest des Pulswechselrichters durchgeführt wird, und bei dem erst nach einem positiven Durchlaufen des Funktionstests eine Betriebsspannung zugeschaltet wird. Method according to Claim 8, in which the intermediate circuit capacitor ( 5 ) is precharged to the predetermined pre-charging voltage (U V ), in which at least one functional test of the pulse inverter is performed, and in which only after a positive passage of the function test, an operating voltage is switched on.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007042528A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-26 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg System and procedure
EP2523327A1 (en) * 2011-05-11 2012-11-14 Siemens Aktiengesellschaft Frequency inverter with excess voltage protection and method for operating same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007042528A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-26 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg System and procedure
EP2523327A1 (en) * 2011-05-11 2012-11-14 Siemens Aktiengesellschaft Frequency inverter with excess voltage protection and method for operating same

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