DE102013219988A1

DE102013219988A1 - Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Inverters, Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung für einen Inverter

Info

Publication number: DE102013219988A1
Application number: DE201310219988
Authority: DE
Inventors: Tobias Richter; Stefan Butzmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2015-04-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (1) zum Betreiben eines Inverters, mit einem Niederspannungsteilnetz (2) und mit einem Hochspannungsteilnetz (3), wobei das Hochspannungsteilnetz (3) wenigstens einen Mikrocontroller (12) zum Ansteuern des Inverters aufweist, wobei der Mikrocontroller (12) im Normalbetrieb zu seiner Stromversorgung mit dem Hochspannungsteilnetz (3) verbunden ist. Es ist vorgesehen, dass eine Schalteinrichtung (13) vorgesehen ist, die zum Programmieren des Mikrocontrollers (12) den Mikrocontroller (12) mit dem Niederspannungsteilnetz (2) zu seiner Stromversorgung verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Inverters, mit einem Niederspannungsteilnetz und mit einem Hochspannungsteilnetz, wobei das Hochspannungsteilnetz wenigstens einen Mikrocontroller zum Ansteuern des Inverters aufweist, und wobei der Mikrocontroller im Normalbetrieb zu seiner Stromversorgung mit dem Hochspannungsteilnetz verbunden ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung für einen Inverter, insbesondere eines Kraftfahrzugs, die ein Niederspannungsteilnetz und ein Hochspannungsteilnetz aufweist, wobei das Hochspannungsteilnetz wenigstens einen Mikrocontroller zum Ansteuern des Inverters aufweist, und wobei der Mikrocontroller im Normalbetrieb durch das Hochspannungsteilnetz mit Stromversorgt wird.
Stand der Technik
Schaltungsanordnungen und Verfahren der Eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere durch die zunehmende Anzahl von Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb oder Hybridantrieb nimmt auch die Anzahl der elektrischen Maschinen im Automobilbereich zu, die eine im Vergleich zum Bordnetz erhöhte Betriebsspannung benötigen. Beispielsweise aus diesem Grund wird eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Inverters für eine derartige elektrische Maschine in ein Niederspannungsteilnetz und in ein Hochspannungsteilnetz getrennt, wobei diese Netze beispielsweise durch einen Gleichspannungswandler miteinander verbunden sind. Ein zum Ansteuern des Inverters vorgesehener Mikrocontroller benötigt nicht die hohe Spannung des Hochspannungsteilnetzes und wird daher üblicherweise in dem Niederspannungsteilnetz angeordnet und dort mit Strom versorgt. Für den Fall, dass der Mikrocontroller neu programmiert werden soll (Überschreibung eines Flash-Speichers des Mikrocontrollers), so muss lediglich die Niederspannungsversorgung an dem Mikrocontroller anliegen.
Es ist jedoch auch wünschenswert, in bestimmten Fällen Mikrocontroller in dem Hochspannungsteilnetz anzuordnen und dort mit Strom zu versorgen. Üblicherweise steht jedoch die Spannung in dem Hochspannungsteilnetz während eines Programmiervorgangs nicht zur Verfügung.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass trotz der Anordnung des Mikrocontrollers in dem Hochspannungsteilnetz eine Versorgung des Mikrocontrollers auch bei Ausfall des Hochspannungsteilnetzes möglich ist. Hierzu ist erfindungsgemäß eine Schalteinrichtung vorgesehen, die zum Programmieren des Mikrocontrollers den Mikrocontroller mit dem Niederspannungsteilnetz zu seiner Stromversorgung verbindet. Soll der Mikrocontroller also neu programmiert werden, wird dieser einfach mittels der Schalteinrichtung mit dem Niederspannungsteilnetz beziehungsweise mit dem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs verbunden, so dass ausreichend Strom zur Programmierung des Mikrocontrollers zur Verfügung steht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Mikrocontroller ein Vorregler in dem Hochspannungsteilnetz vorgeschaltet ist, der die Spannung des Hochspannungsteilnetzes auf eine Niederspannung herunter regelt. Dadurch ist es möglich, den Mikrocontroller trotz der Anordnung in dem Hochspannungsteilnetz mit einer für ihn ungefährlichen Niederspannung zu versorgen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schalteinrichtung mit einem Ausgang des Vorreglers verbunden ist, so dass bei Betätigung der Schalteinrichtung das Niederspannungsteilnetz mit dem Ausgang des Vorreglers verbunden wird und damit nur mit dem entsprechend niedrigen Spannungsniveau in Berührung kommt. Damit ist sichergestellt, dass im Falle einer Fehlfunktion der Schalteinrichtung nicht die Hochspannung des Hochspannungsteilnetzes auf das Niederspannungsteilnetz gelangen kann, sondern maximal die Ausgangsspannung des Vorreglers.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schalteinrichtung als spannungsfester Relais-Schalter ausgebildet ist. Dabei wird idealerweise eine geregelte Hilfsspannung in dem Niederspannungsteilnetz verwendet, welche mit wenig Aufwand über den gesamten Versorgungsspannungsbereich des Niederspannungsteilnetzes konstant gehalten werden kann, wie zum Beispiel ein 6 V-Abgriff des Vorreglers zur Versorgung eines in dem Niederspannungsteil angeordneten weiteren Mikrocontrollers.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Schalteinrichtung in dem Niederspannungsteilnetz eine spannungsfeste Schutzdiode vorgeschaltet ist. Hierdurch wird ein weiterer Schutz im Fehlerfall der Schalteinrichtung für das Niederspannungsteilnetz gewährleistet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 zeichnet sich dadurch aus, dass zum Programmieren des Mikrocontrollers der Mikrocontroller zur Stromversorgung mit dem Niederspannungsteilnetz verbunden wird. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Zweckmäßigerweise wird zu dem Verbinden des Mikrocontrollers mit dem Niederspannungsteilnetz die zuvor beschriebene Schalteinrichtung verwendet.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass während des Programmiervorgangs eine Hilfsspannung in dem Niederspannungsteilnetz gebildet wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Hochspannungsteilnetz einen Vorregler aufweist, der die Spannung des Hochspannungsteilnetzes für den Mikrocontroller auf eine Niederspannung herunter regelt, wobei ein Ausgang des Vorreglers mit dem Niederspannungsteilnetz zum Durchführen der Programmierung verbunden wird.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dazu zeigt die einzige
Figur eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines hier nicht näher dargestellten Inverters eines Elektro- oder Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs.
Die Schaltungsanordnung 1 weist ein Niederspannungsteilnetz 2 sowie ein Hochspannungsteilnetz 3 auf, die insbesondere durch einen Gleichspannungswandler (hier nicht dargestellt) miteinander verbunden sind. Das Niederspannungsteilnetz weist eine Spannungsversorgung 4 auf, welcher ein Vorregler 5 nachgeschaltet ist, der eine gewünschte Niederspannung einstellt. Dem Vorregler nachgeschaltet ist ein Verteiler 6, der einen ersten Mikrocontroller 7 des Niederspannungsteilnetzes 2 mit Strom versorgt.
Das Hochspannungsteilnetz 3 weist eine Hochspannungsquelle 8 auf, welcher ein Vorregler 9 nachgeschaltet ist, der durch eine Diode 10 mit einem Verteiler 11 verbunden ist, welcher mit einem zweiten Mikrocontroller 12 des Hochspannungsteils 3 zur Stromversorgung des Mikrocontrollers 12 verbunden ist. Selbstverständlich sind das Niederspannungsteilnetz 2 und das Hochspannungsteilnetz 3 mit weiteren Komponenten, wie beispielsweise dem Inverter oder Bordnetzelementen verbunden.
Um den Mikrocontroller 12 zu dessen Programmierung mit Strom versorgen zu können, wenn der Elektro- oder Hybridantrieb nicht in Betrieb genommen werden kann, ist eine Schaltreinrichtung 13 vorgesehen, die zu diesem Zweck den Mikrocontroller 12 mit dem Niederspannungsteilnetz 2 verbindet. Die Schaltereinrichtung 13 ist als spannungsfestes Schalter-Relais ausgebildet, das von dem ersten Mikroprozessor 7 betätigt wird. Wird die Schalteinrichtung 13 geschlossen, so liegt eine Verbindung von dem Niederspannungsteilnetz 2 zu dem Ausgang des Vorreglers 9 vor, so dass auch im Fehlerfall, wenn die Schalteinrichtung 13 geschlossen werden sollte, obwohl das Hochspannungsteilnetz in Betrieb ist, sichergestellt wird, dass das Niederspannungsteilnetz nur mit einer niedrigen Spannung, nämlich der Ausgangsspannung des Vorreglers 9, in Berührung kommt. Als weitere Schutzmaßnahme für das Niederspannungsteilnetz ist bevorzugt eine spannungsfeste Schutzdiode 14 vorgesehen, die der Schalteinrichtung 13 vorgeschaltet ist.
Die vorliegende Schaltungsanordnung 1 ermöglicht es somit, dass einerseits der Mikrocontroller 12 im regulären Betrieb direkt aus dem Hochspannungsteilnetz 3 versorgt wird, und dass andererseits der Mikrocontroller 12 durch eine Spannungsversorgung mittels des Niederspannungsteilnetzes 2 geflasht beziehungsweise überschrieben/programmiert werden kann. Dabei stellt die Schaltungsanordnung 1 eine besonders kostengünstige Lösung dar, die ohne einen zusätzlichen Hilfs-Gleichspannungswandler während des Programmiervorgangs auskommt. Idealerweise wird während des Programmiervorgangs in dem Niederspannungsteilnetz 2 eine geregelte Hilfsspannung eingestellt, die mit wenig Aufwand über den gesamten Versorgungsspannungsbereich des Niederspannungsteilnetzes 2 konstant gehalten werden kann.

Claims

Schaltungsanordnung (1) zum Betreiben eines Inverters, mit einem Niederspannungsteilnetz (2) und mit einem Hochspannungsteilnetz (3), wobei das Hochspannungsteilnetz (3) wenigstens einen Mikrocontroller (12) zum Ansteuern des Inverters aufweist, wobei der Mikrocontroller (12) im Normalbetrieb zu seiner Stromversorgung mit dem Hochspannungsteilnetz (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteinrichtung (13) vorgesehen ist, die zum Programmieren des Mikrocontrollers (12) den Mikrocontroller (12) mit dem Niederspannungsteilnetz (2) zu seiner Stromversorgung verbindet.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mikrocontroller (12) ein Vorregler (9) in dem Hochspannungsteilnetz vorgeschaltet ist, der die Spannung des Hochspannungsteilnetzes auf eine Niederspannung für den Mikrocontroller (12) herunter regelt.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (13) das Niederspannungsteilnetz (2) mit einem Ausgang des Vorreglers (9) verbindet.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (13) als spannungsfester Relais-Schalter ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalteinrichtung (13) in dem Niederspannungsteilnetz (2) eine spannungsfeste Schutzdiode (14) vorgeschaltet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung (1) für einen Inverter, die ein Niederspannungsteilnetz (2) und ein Hochspannungsteilnetz (3) aufweist, wobei das Hochspannungsteilnetz (3) wenigstens einen Mikrocontroller zum Ansteuern des Inverters aufweist, wobei der Mikrocontroller (12) im Normalbetrieb durch das Hochspannungsteilnetz mit Strom versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Programmieren des Mikrocontrollers (12) der Mikrocontroller (12) zur Stromversorgung mit dem Niederspannungsteilnetz (2) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Programmierens eine Hilfsspannung in dem Niederspannungsteilnetz (2) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochspannungsteilnetz (3) einen Vorregler (9) aufweist, der die Spannung des Hochspannungsteilnetzes (3) auf eine Niederspannung herunter regelt, wobei ein Ausgang des Vorreglers (9) mit dem Niederspannungsteilnetz zum Durchführen der Programmierung verbunden wird.