DE102014112101A1

DE102014112101A1 - Ansteuerschaltung für elektromotor

Info

Publication number: DE102014112101A1
Application number: DE102014112101.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Bogus; Philip Georg Brockerhoff; Benno Koeppl; Andre Roger
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2015-02-26
Also published as: CN104426451A; CN104426451B; US9065275B2; US20150055258A1

Abstract

In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Schaltungsanordnung (100) bereitgestellt, die aufweist: eine Brückenschaltung, die mindestens zwei in Reihe geschaltete Schalter (102, 106) aufweist; einen Brückenknoten (104), der eine Phasenspannung bereitstellen kann und zwischen den mindestens zwei Schaltern (102, 106) angeordnet ist; einen Elektromotor (112) mit mindestens einer Phasenwicklung, die mit dem Brückenknoten (104) gekoppelt ist; einen Entkopplungsschalter (108); eine Steuerung (114), wobei die Steuerung (114) in einem Fehlerfall ausgelegt sein kann zum Ausschalten der mindestens zwei Schalter (102, 106), Ermitteln, ob eine vordefinierte Bedingung erfüllt ist, und einem von verzögertem Ausschalten des Entkopplungsschalters (108) und simultanem Ausschalten der mindestens zwei Schalter (102, 106) und des Entkopplungsschalters (108) in Abhängigkeit davon, ob die vordefinierte Bedingung erfüllt ist; wobei die Steuerung (114) ermitteln kann, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn der Entkopplungsschalter (108) ausgeschaltet werden kann, ohne Schaden von dem Strom zu erleiden, der an ihn angelegt wird, wenn die mindestens zwei Schalter (102, 106) ausgeschaltet sind.

Description

In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Ansteuerschaltung für einen Elektromotor bereitgestellt.
Dreiphasen-Elektromotoren werden u. a. in Kraftfahrzeuganwendungen häufig verwendet. Einige der Anwendungen sind Sicherheitsanwendungen, wobei entsprechende Systeme erforderlich sind, um in einen Failsafe-Modus (ausfallsicheren Modus) einzutreten, selbst wenn die elektronische Einheit, die das System steuert, nicht mehr verfügbar ist, zum Beispiel wenn sie beschädigt und daher nicht mehr in der Lage ist, das System zu steuern. Im Falle des Dreiphasen-Elektromotors, der zum elektrischen Steuern in jeder Art von Fahrzeug verwendet werden kann, sollte es im Failsafe-Modus noch das Drehen des Lenkrads ermöglichen. Bei einem WS-Induktionsmotor, d. h. einem Elektromotor, bei dem das Magnetfeld des Rotors durch einen induzierten Strom erzeugt wird, ist dies kein Problem. Wenn jedoch ein WS-Synchronmotor, wie beispielsweise ein Dauermagnet-Synchronmotor (PMSM für engl. permanent magnet synchronous motor), verwendet wird, der es ermöglicht, ein hohes Drehmoment aus einem kompakten und leichten mechanischen System zu erzeugen, besteht das Problem darin, dass nach dem Abschalten des Motors zum Beispiel infolge eines Systemfehlers das magnetische Moment des Dauermagneten des sich noch drehenden Rotors einen Strom in den Spulen des Stators induziert, und tatsächlich ein Drehmoment auf den Rotor zurückwirkt. Dies kann zu Situationen führen, in welchen der Motor blockiert und daher nicht mehr gedreht werden kann. Um bei Verwenden eines PMSMs solche Zustände des Motors zu vermeiden, muss gewährleistet werden, dass im Failsafe-Modus in den Wicklungen in keiner der Phasen Strom zirkuliert. Um diese Anforderung zu erfüllen, muss eine geeignete Schaltungsanordnung zum Trennen der Phasen in einem Failsafe-Modus implementiert sein. In frühen Anwendungen basierte eine Trennschaltungsanordnung auf mechanischen Relais. Heutzutage werden mechanische Relais vorwiegend durch Festkörperrelais in der Form von Transistoren ersetzt, die zwischen den Halbbrücken des Inverters und den einzelnen Phasen des Elektromotors angeordnet sind. Wenn Festkörperrelais zum Trennen der Phasen verwendet werden, muss jedoch mit einer beträchtlichen Menge Energie gerechnet werden, die zum Abschalten des Systems verbraucht werden muss. Diese Energie kann sich in dem Sinne als problematisch erweisen, dass die Festkörperrelais im Failsafe-Modus beschädigt werden können, oder dass, um zu verhindern, dass dies geschieht, teure Leistungskomponenten verwendet werden müssen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Schaltungsanordnung bereitgestellt, die aufweist: eine Brückenschaltung, die mindestens zwei in Reihe geschaltete Schalter aufweist; einen Brückenknoten, der zwischen den mindestens zwei Schaltern angeordnet ist, wobei der Brückenknoten so ausgelegt sein kann, dass er eine Phasenspannung bereitstellt; einen Elektromotor mit mindestens einer Phasenwicklung, die mit dem Brückenknoten gekoppelt ist; einen Entkopplungsschalter, der zwischen den Brückenknoten und den Elektromotor geschaltet ist; eine Steuerung, die mit dem Entkopplungsschalter und mit den mindestens zwei Schaltern gekoppelt ist, wobei die Steuerung in einem Fehlerfall ausgelegt sein kann zum Ausschalten der mindestens zwei Schalter, Ermitteln, ob eine vordefinierte Bedingung erfüllt ist, und zu einem von Ausschalten des Entkopplungsschalters, wobei das Ausschalten des Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Schalter verzögert wird, falls die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt ist; und zum simultanen Ausschalten der mindestens zwei Schalter und des Entkopplungsschalters, falls die vordefinierte Bedingung erfüllt ist; wobei die Steuerung so ausgelegt sein kann, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn der Entkopplungsschalter ausgeschaltet werden kann, ohne dauerhaften Schaden von dem Strom zu erleiden, der zu dem Zeitpunkt an ihn angelegt wird, zu dem die mindestens zwei Schalter ausgeschaltet sind.
In einer Ausgestaltung kann die Steuerung so ausgelegt sein, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn der Entkopplungsschalter robust genug ist, einem Überspannungszustand standzuhalten, der durch die Potenzialdifferenz zwischen dem Brückenknoten und der Phasenwicklung verursacht wird. In noch einer Ausgestaltung kann der Entkopplungsschalter als ein Feldeffekttransistor ausgelegt sein. In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung so ausgelegt sein, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn der Entkopplungsschalter in der Lage ist, Betrieb im Lawinenmodus standzuhalten, der durch die Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial am Brückenknoten und dem Potenzial an der Phasenwicklung darin induziert wird. In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie das Potenzial an der Phasenwicklung aus der Position eines Stators in Bezug auf einen Rotor des Elektromotors ermittelt. In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie das Ausschalten des Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Schalter bis zu einem Nulldurchgang der Phasenspannung oder des Phasenstroms verzögert. In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie das Ausschalten des Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Schalter verzögert, bis der Wert eines Stroms, der durch den Elektromotor zum Brückenknoten getrieben wird, unter einen ersten Schwellenwert gesunken ist. In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie einen ersten Fehlerfall erkennt, wenn die Spannung an mindestens einem der mindestens zwei Schalter einen zweiten Schwellenwert überschreitet. In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie einen zweiten Fehlerfall erkennt, wenn die Phasenspannung einen dritten Schwellenwert über- oder unterschreitet. In noch einer Ausgestaltung kann der Entkopplungsschalter als ein Feldeffekttransistor ausgelegt sein; und die Steuerung kann ferner so ausgelegt sein, dass sie den Entkopplungsschalter wieder einschaltet, nachdem er infolge des zweiten Fehlerfalles ausgeschaltet blieb und für eine Zeitspanne, während der ein Teil an Energie darin verbraucht wurde, der seinem maximal bemessenen Verlustenergieteil entspricht oder kleiner als dieser ist, im Lawinenmodus gearbeitet hat. In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie den Entkopplungsschalter nach seinem Ausschalten infolge des zweiten Fehlerfalles in einer getakteten Weise derart ansteuert, dass er hintereinander eingeschaltet und ausgeschaltet wird. In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie den Entkopplungsschalter in der getakteten Weise derart ansteuert, dass ein Teil an Energie, der darin während der Zeit verbraucht wird, während der er ausgeschaltet bleibt und im Lawinenmodus arbeitet, seinem maximal bemessenen Verlustenergieteil entspricht oder kleiner als dieser ist. In noch einer Ausgestaltung kann die Schaltungsanordnung ferner aufweisen: zwei weitere Schalter, die in Reihe geschaltet und in der Brückenschaltung vorgesehen sind; einen weiteren Brückenknoten, der zwischen den weiteren zwei Schaltern angeordnet ist, wobei der weitere Brückenknoten so ausgelegt ist, dass er eine weitere Phasenspannung bereitstellt; einen weiteren Entkopplungsschalter, der zwischen den weiteren Brückenknoten und eine weitere Phasenwicklung des Elektromotors gekoppelt ist, wobei die Steuerung mit dem weiteren Entkopplungsschalter und den zwei weiteren Schaltern gekoppelt ist; wobei die Steuerung im Fehlerfall ausgelegt ist zum Ausschalten der mindestens zwei Schalter zusammen mit den weiteren zwei Schaltern; und zu einem Ausschalten des weiteren Entkopplungsschalters, wobei das Ausschalten des weiteren Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der Schalter verzögert wird, falls die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt ist, und/oder zu einem simultanen Ausschalten des Entkopplungsschalters und der Schalter, falls die vordefinierte Bedingung erfüllt ist; wobei die Steuerung so ausgelegt ist, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn der weitere Entkopplungsschalter ausgeschaltet werden kann, ohne dauerhaften Schaden von dem Strom zu erleiden, der zu dem Zeitpunkt an ihn angelegt wird, zu dem die mindestens zwei Schalter ausgeschaltet sind. In noch einer Ausgestaltung kann ein erster Fehlerfall einem Kurzschluss entsprechen, der an einem der Schalter vorliegt. In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie einen ersten Fehlerfall erkennt, wenn die Spannung an mindestens einem der Schalter einen zweiten Schwellenwert überschreitet. In noch einer Ausgestaltung kann ein zweier Fehlerfall einer Unterbrechung entsprechen, die an einem der Schalter vorliegt. In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung so ausgelegt sein, dass sie den zweiten Fehlerfall erkennt, wenn die weitere Phasenspannung einen dritten Schwellenwert über- oder unterschreitet. In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung so ausgelegt sein, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn die Entkopplungsschalter robust genug sind, einem Überspannungszustand standzuhalten, der durch die entsprechende Potenzialdifferenz zwischen Brückenknoten und Phasenwicklung verursacht wird. In noch einer Ausgestaltung können die Entkopplungsschalter als Feldeffekttransistoren ausgelegt sein; und die Steuerung kann so ausgelegt sein, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn die Entkopplungsschalter in der Lage sind, Betrieb im Lawinenmodus standzuhalten, der durch die jeweilige Potenzialdifferenz zwischen Brückenknoten und Phasenwicklung darin induziert wird. In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie das Ausschalten des weiteren Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der Schalter bis zu einem Nulldurchgang der weiteren Phasenspannung oder eines weiteren Phasenstroms verzögert. In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie das Ausschalten des weiteren Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der Schalter verzögert, bis der Wert eines Stroms, der vom Elektromotor zum weiteren Brückenknoten rückgekoppelt wird, unter einen ersten Schwellenwert gesunken ist. In noch einer Ausgestaltung kann die Entkopplungsschalter als Feldeffekttransistoren ausgelegt sein, und die Steuerung kann ferner so ausgelegt sein, dass sie denjenigen Entkopplungsschalter wieder einschaltet, der nach seinem Ausschalten infolge des zweiten Fehlerfalles am längsten im Lawinenmodus gearbeitet hat. In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung so ausgelegt sein, dass sie denjenigen Entkopplungsschalter wieder einschaltet, an den nach seinem Ausschalten infolge des zweiten Fehlerfalles die größte Phasenspannung angelegt wurde. In noch einer Ausgestaltung kann die Entkopplungsschalter als Feldeffekttransistoren ausgelegt sein; und die Steuerung kann so ausgelegt sein, dass sie den mindestens einen der Entkopplungsschalter, nachdem er infolge des zweiten Fehlerfalles ausgeschaltet wurde und im Lawinenmodus arbeitete, in einer getakteten Weise derart ansteuert, dass ein Teil an darin verbrauchter Energie seinem maximal bemessenen Verlustenergieteil entspricht oder kleiner als dieser ist. In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie mindestens zwei Schalter in einer ausschließlichen Weise einschaltet und ausschaltet, die im Lawinenmodus gearbeitet haben, wobei mindestens einer der Schalter ein Entkopplungsschalter ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung bereitgestellt. Die Schaltungsanordnung weist auf: eine Brückenschaltung, die mindestens zwei in Reihe geschaltete Schalter aufweist; einen Brückenknoten, der zwischen den mindestens zwei Schaltern angeordnet ist, wobei der Brückenknoten so ausgelegt ist, dass er eine Phasenspannung bereitstellt; einen Elektromotor, der mindestens eine Phasenwicklung aufweist, die mit dem Brückenknoten gekoppelt ist; einen Entkopplungsschalter, der zwischen den Brückenknoten und den Elektromotor geschaltet ist; und eine Steuerung, die mit dem Entkopplungsschalter und mit den mindestens zwei Schaltern gekoppelt ist. Das Verfahren weist auf: ein Ausschalten der mindestens zwei Schalter in einem Fehlerfall; ein Ermitteln, ob eine vordefinierte Bedingung erfüllt ist; und ein Ausschalten des Entkopplungsschalters, wobei das Ausschalten des Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Schalter verzögert wird, falls die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt ist; und/oder ein simultanes Ausschalten der mindestens zwei Schalter und des Entkopplungsschalters, falls die vordefinierte Bedingung erfüllt ist; wobei die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn der Entkopplungsschalter ausgeschaltet werden kann, ohne dauerhaften Schaden von dem Strom zu erleiden, der zu dem Zeitpunkt an ihn angelegt wird, zu dem die mindestens zwei Schalter ausgeschaltet sind.
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen alle verschiedenen Ansichten hindurch auf die gleichen Teile. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, stattdessen ist der Akzent auf die Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung gesetzt. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen mit einer Halbbrücke darstellt;
2 eine Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen mit drei Halbbrücken darstellt;
3 eine weitere Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen mit drei Halbbrücken darstellt;
4 ein Ablaufdiagramm darstellt, das einen Prozessablauf veranschaulicht, der die Konfiguration der Steuerung innerhalb der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen beschreibt; und
5 ein Ablaufdiagramm darstellt, das ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht.
Die folgende ausführliche Beschreibung nimmt auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug, die spezifische Einzelheiten und Ausführungsformen, in welchen die Erfindung realisiert werden kann, veranschaulichend darstellen.
Das Wort „beispielhaft” wird hierin so verwendet, dass es „als Beispiel oder zur Veranschaulichung dienend” bedeutet. Ausführungsformen oder Auslegungen, die hierin als „beispielhaft” beschrieben werden, sind nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Auslegungen zu interpretieren.
Die Wörter „auf, über”, die hinsichtlich eines aufgebrachten Materials verwendet werden, das „auf, über” einer Seite oder Oberfläche ausgebildet sein kann, können hierin so verwendet werden, dass sie bedeuten, dass das aufgebrachte Material „direkt auf”, z. B. direkt in Kontakt mit, der erwähnten Seite oder Oberfläche ausgebildet ist. Die Wörter „auf, über”, die hinsichtlich eines aufgebrachten Materials verwendet werden, das „auf, über” einer Seite oder Oberfläche ausgebildet sein kann, können hierin so verwendet werden, dass sie bedeuten, dass das aufgebrachte Material „indirekt auf” der erwähnten Seite oder Oberfläche ausgebildet ist, wobei eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der erwähnten Seite oder Oberfläche und dem aufgebrachten Material angeordnet sind.
In 1 ist eine Schaltungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen dargestellt. Die Schaltungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Inverterschaltung 110 (Brückenschaltung) aufweisen, die mindestens zwei in Reihe geschaltete Schalter, d. h. einen ersten Schalter 102 und einen zweiten Schalter 106, aufweisen kann. Der erste Schalter 102 und ein zweiter Schalter 106 können eine Halbbrücke bilden, derart dass der erste Schalter 102 der hochseitige Schalter sein kann, und der zweite Schalter 106 der niederseitige Schalter sein kann. Die mindestens zwei Schalter 102, 106 (die im Folgenden auch als Brückenschalter bezeichnet werden) können als Festkörperschalter, zum Beispiel als Transistoren, zum Beispiel als Feldeffekttransistoren, wie beispielsweise Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs für engl. metal-oxide-semiconductor field effect transistors), ausgelegt sein. Ein Anschluss des ersten Schalters 102 kann mit einem ersten Referenzanschluss 116 gekoppelt sein, welcher auf einem ersten Referenzpotenzial, zum Beispiel einem Batteriepotenzial oder einer beliebigen anderen Art von Leistungsversorgungspotenzial, sein kann, und ein Anschluss des zweiten Schalters 106 kann mit einem zweiten Referenzanschluss 118 gekoppelt sein, der auf einem zweiten Referenzpotenzial, wie beispielsweise dem Massepotenzial, sein kann. Die Differenz zwischen dem ersten Referenzpotenzial und dem zweiten Referenzpotenzial definiert die Brückenspannung. Ein Brückenknoten 104 kann zwischen den mindestens zwei Brückenschaltern 102, 106 angeordnet und so ausgelegt sein, dass er eine Phasenspannung bereitstellt, die einer sinusförmigen Phasenspannung mit einer Amplitude entsprechen kann, die der Brückenspannung entspricht. Die Schaltungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ferner einen Elektromotor 112 mit mindestens einer Phasenwicklung aufweisen, die über einen Entkopplungsschalter 108, der zwischen den Brückenknoten 104 und den Elektromotor 112 geschaltet ist, mit dem Brückenknoten 104 gekoppelt ist. Der Entkopplungsschalter 108 kann analog zu den mindestens zwei Schaltern der Inverterschaltung 110 als ein Festkörperschalter, zum Beispiel ein Transistor, zum Beispiel ein Feldeffekttransistor, wie beispielsweise ein MOSFET, ausgelegt sein. Die Schaltungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ferner eine Steuerung 114 aufweisen, die mit dem Entkopplungsschalter 108 und mit den mindestens zwei Brückenschaltern 102, 106 gekoppelt ist, wobei die Steuerung 104 so ausgelegt sein kann, dass sie in einem Fehlerfall die mindestens zwei Brückenschalter 102, 106 ausschaltet um zu ermitteln, ob eine vordefinierte Bedingung erfüllt wird, und entweder den Entkopplungsschalter 108 ausschaltet, wobei das Ausschalten des Entkopplungsschalters 108 in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Brückenschalter 102, 106 verzögert wird, falls die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt ist, oder die mindestens zwei Brückenschalter 102, 106 und den Entkopplungsschalter 108 simultan ausschaltet, falls die vordefinierte Bedingung erfüllt ist. Die Steuerung 114 kann so ausgelegt sein, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn der Entkopplungsschalter 108 ausgeschaltet werden kann, ohne dauerhaften Schaden von dem Strom zu erleiden, der zu dem Zeitpunkt an ihn angelegt wird, zu dem die mindestens zwei Schalter 102, 106 ausgeschaltet sind. Es ist zu erwähnen, dass im Gegensatz zur Darstellung der Steuerung 114 als eine Einheit in 1 sie ebenso mindestens zwei getrennte Module aufweisen kann, die kommunikativ miteinander gekoppelt sein können, wobei ein Modul so ausgelegt sein kann, dass es die mindestens zwei Brückenschalter 102, 106 steuert, und das andere Modul so ausgelegt sein kann, dass es den Entkopplungsschalter 108 steuert.
Der zugrunde liegende Gedanke, auf dem die verschiedenen Ausführungsformen der Schaltungsanordnung und eines entsprechenden Verfahrens zum Steuern der Schaltungsanordnung basieren kann, ist ein Mechanismus und/oder ein Verfahren, durch den/das zum Beispiel in einem Fehlerfall ein optimaler Zeitpunkt zum Ausschalten des Entkopplungsschalters 108 gewählt werden kann. Dieses optimale Ausschalten kann durch Verzögern des Ausschaltens des Entkopplungsschalters 108 in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Brückenschalter 102, 106 der Inverterschaltung 110 oder durch simultanes Ausschalten des Entkopplungsschalters 108 und der mindestens zwei Brückenschalter 102, 106 erreicht werden. Die Entscheidung, ob der Entkopplungsschalter 108 simultan oder in einer verzögerten Weise in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Brückenschalter 102, 106 ausgeschaltet werden soll, wird von der Steuerung 114 getroffen. Die Steuerung 114 kann so ausgelegt sein, dass sie mindestens einen Parameter beurteilt, und sie kann so ausgelegt sein, dass sie basierend auf dem Ergebnis dieser Beurteilung in einem Fehlerfall die mindestens zwei Schalter 102, 106 ausschaltet und simultan den Entkopplungsschalter 108 ausschaltet oder das Ausschalten des Entkopplungsschalters 108 um eine bestimmte Zeit verzögert. Der mindestens eine Parameter kann die Drehzahl und/oder die relative Position zwischen dem Rotor und dem Stator des Elektromotors 112 zum Zeitpunkt eines Abschaltens der Inverterschaltung 110, den Wert des Phasenstroms, den Wert der Phasenspannung, den Wert des ersten Referenzpotenzials (z. B. der Batteriespannung), die Art von Fehlerzustand (Kurzschluss oder Unterbrechung, Position davon innerhalb der Schaltungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen) umfassen. Der Phasenstrom kann sich auf einen Strom beziehen, der vom Elektromotor 112 irgendwann, d. h. während des Normalbetriebs, d. h. während des Betriebs der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen, in welchem kein Fehlerfall vorhanden ist, oder während des Betriebs davon in einem Fehlerfall, d. h. nachdem die mindestens zwei Brückenschalter 102, 106 infolge der Erkennung eines Fehlerfalles ausgeschaltet wurden, entnommen oder erzeugt werden kann.
Im Gegensatz zu gewöhnlichen Sicherheitsanwendungen, in welchen ein Paradigma ist, dass das System in einer Fehlersituation so schnell wie möglich abgeschaltet werden muss, kann der hierin befolgte Ansatz Fälle umfassen, wie bereits erwähnt, in welchen der Entkopplungsschalter 108 nicht simultan mit den mindestens zwei Brückenschaltern 102, 106, d. h. nicht so schnell wie möglich, ausgeschaltet wird. Im Kraftfahrzeugbereich weisen Sicherheitsanwendungen üblicherweise eine Anwendungssicherheitszeit auf. Die Anwendungssicherheitszeit, die ungefähr im Bereich von etwa 10 ms bis etwa 30 ms liegen kann, ist die Zeit, die für eine Anwendung zugelassen wird, um irgendwelche Abweichungen vom Normalbetriebszustand und/oder irgendwelche anomalen Bedingungen vor ihrem Eintritt in den Failsafe-Modus zu erkennen. Während dieser Zeit kann die Systemdynamik unkontrolliert und unvorhersagbar sein. Nach Ablauf der Anwendungssicherheitszeit muss die Kontrolle des Systems wiedererlangt werden, und es kann entweder in den Normalbetrieb zurückkehren oder in den Failsafe-Modus eintreten. Die Steuerung 114 kann so ausgelegt sein, dass sie Fehlerzustände der Schaltungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen überwacht, dass sie zum Beispiel Fehlerzustandsvariablen überwacht, die anzeigen können, ob ein bestimmter Fehler aufgetreten ist oder nicht. Im Falle des Auftretens eines Fehlers kann die Steuerung 114 die Anwendungssicherheitszeit zum Ermitteln/Schätzen seiner möglichen Auswirkung auf das System verwenden und anschließend ermitteln, ob der Entkopplungsschalter 108 simultan mit den mindestens zwei Brückenschaltern 102, 106 ausgeschaltet werden soll oder ob das Ausschalten des Entkopplungsschalters 108 in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Schalter 102, 106 verzögert werden soll. Mit anderen Worten kann die Anwendungssicherheitszeit zur Schätzung des Fehlers verwendet werden und daher einer Fehlerschätzzeit entsprechen.
Die Steuerung 114 kann außerdem so ausgelegt sein, dass sie auf Fehler, die außerhalb der Sicherheitsanwendung auftreten, d. h. auf Fehler reagiert, die außerhalb der Schaltungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen auftreten. Zu diesem Zweck kann die Steuerung 114 einen Externfehler-Anschluss (in 1 nicht dargestellt) aufweisen, um ein externes Fehlersignal von außen zu empfangen. Die Steuerung 114 kann so ausgelegt sein, dass sie, wenn das externe Fehlersignal empfangen wird, in den Failsafe-Modus eintritt, auch wenn kein Fehler innerhalb der Schaltungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen erkannt wird. Die Steuerung 114 kann jedoch außerdem so ausgelegt sein, dass sie in diesem Fall einen optimalen Zeitpunkt zum Ausschalten des Entkopplungsschalters 108 durch Verzögern des Ausschaltens des Entkopplungsschalters 108 in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Brückenschalter 102, 106 der Inverterschaltung 110 oder durch simultanes Ausschalten des Entkopplungsschalters 108 und der mindestens zwei Brückenschalter 102, 106 ermittelt. Mit anderen Worten kann die Steuerung 114 so ausgelegt sein, dass sie, wenn das externe Fehlersignal empfangen wird, gemäß dem die Schaltungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen ausgeschaltet werden soll, das gleiche Behandlungsschema anwendet, als ob ein Fehlerfall innerhalb der Schaltungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen erkannt werden würde. Alternativ kann die Steuerung 114 so ausgelegt sein, dass sie die mindestens zwei Brückenschalter 102, 106 und den Entkopplungsschalter 108 der Inverterschaltung 110 simultan und sofort ausschaltet, wenn das externe Fehlersignal empfangen wird, gemäß dem die Schaltungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen ausgeschaltet werden soll, vorausgesetzt, dass der Entkopplungsschalter ausgeschaltet werden kann, ohne durch den Phasenstrom beschädigt zu werden.
Die Schaltungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann leicht angepasst werden, um mehr als eine Halbbrücke zu umfassen. Zum Beispiel kann die Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen einen weiteren Zweig in der Form einer Halbbrücke aufweisen, welche eine weitere Phasenspannung bereitstellen kann, wenn die Last zwei verschiedene Phasenspannungen erfordert. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 2 eine Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen beschrieben, die drei Halbbrücken aufweist.
Die in 2 dargestellte Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in dem Sinne als eine Erweiterung der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen angesehen werden, dass die Inverterschaltung 110 drei Halbbrücken anstelle von nur einer Halbbrücke aufweist. Daher können drei verschiedene Phasenspannungen innerhalb der Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen bereitgestellt und den drei Phasenwicklungen innerhalb des Elektromotors 112 zugeführt werden. In der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde eine Last angenommen, die eine einzige Phasenspannung erfordert, zum Beispiel ein Einphasen-Elektromotor 112, während in der in 2 dargestellten Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine Last angenommen werden kann, die drei Phasenspannungen erfordert, wie beispielsweise ein Dreiphasen-Elektromotor 112. Die in 2 dargestellte Schaltungsanordnung 200 kann daher so ausgelegt sein, dass sie drei Phasenspannungen für den Elektromotor 112 bereitstellt, wobei jede Phasenspannung eine Phasenverschiebung von 120° in Bezug auf die andere aufweisen kann.
Im Folgenden wird die Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen ausgehend von der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung 100 als Basis beschrieben. Zusätzlich zu den in 1 dargestellten Elementen, die nicht erneut beschrieben werden, kann die Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen ferner eine zweite Halbbrücke aufweisen, die einen dritten Schalter 122 und einen vierten Schalter 126 aufweist. Ein Anschluss des dritten Schalters 122 kann mit dem ersten Referenzanschluss 116 gekoppelt sein, welcher auf dem ersten Referenzpotenzial, zum Beispiel einem Batteriepotenzial oder einer beliebigen anderen Art von Leistungsversorgungspotenzial, sein kann, und ein Anschluss des vierten Schalters 126 kann mit dem zweiten Referenzanschluss 118 gekoppelt sein, der auf dem zweiten Referenzpotenzial, wie beispielsweise dem Massepotenzial, sein kann. Ein zweiter Brückenknoten 124 kann zwischen den mindestens zwei Brückenschaltern 122, 126 der zweiten Halbbrücke angeordnet und so ausgelegt sein, dass er einer zweiten Phasenwicklung des Elektromotors 112 eine zweite Phasenspannung zuführt. Die zweite Phasenwicklung des Elektromotors 112 kann mit dem zweiten Brückenknoten 124 über einen zweiten Entkopplungsschalter 128 gekoppelt sein. Die Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ferner eine dritte Halbbrücke aufweisen, die einen fünften Schalter 132 und einen sechsten Schalter 136 aufweist. Ein Anschluss des fünften Schalters 132 kann mit dem ersten Referenzanschluss 116 gekoppelt sein, und ein Anschluss des sechsten Schalters 136 kann mit dem zweiten Referenzanschluss 118 gekoppelt sein. Ein dritter Brückenknoten 134 kann zwischen den zwei Brückenschaltern 132, 136 der dritten Halbbrücke angeordnet und so ausgelegt sein, dass er einer dritten Phasenwicklung des Elektromotors 112 eine dritte Phasenspannung zuführt. Die dritte Phasenwicklung des Elektromotors 112 kann mit dem dritten Brückenknoten 134 über einen dritten Entkopplungsschalter 138 gekoppelt sein. Analog zu den in Bezug auf 1 beschriebenen Schaltern können die Brückenschalter der zweiten Halbbrücke und der dritten Halbbrücke als Festkörperschalter, zum Beispiel als Transistoren, zum Beispiel als Feldeffekttransistoren, wie beispielsweise MOSFETs, ausgelegt sein.
Wie in 2 dargestellt, ist die Steuerung 114 mit jedem Brückenschalter 102, 106, 122, 126, 132, 136, der innerhalb der drei Halbbrücken der Inverterschaltung 110 vorgesehen ist, und mit jedem der drei Entkopplungsschalter 108, 128, 138 gekoppelt. Unabhängig von der Anzahl von Halbbrücken innerhalb der Inverterschaltung 110 kann die Steuerung 114 so ausgelegt sein, dass sie in einem Fehlerfall alle der Brückenschalter innerhalb der Inverterschaltung ausschaltet, ermittelt, ob eine vordefinierte Bedingung erfüllt ist, und entweder das Ausschalten der Entkopplungsschalter 108, 128, 138 in Bezug auf das Ausschalten der Brückenschalter 102, 106, 122, 126, 132, 136 verzögert, falls die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt ist, oder die Brückenschalter 102, 106, 122, 126, 132, 136 und die Entkopplungsschalter 108, 128, 138 simultan (anders ausgedrückt gleichzeitig) ausschaltet, wenn die vordefinierte Bedingung erfüllt ist. Außerdem kann die Steuerung 114 unabhängig von der Anzahl der in der Inverterschaltung 110 vorhandenen Halbbrücken so ausgelegt sein, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn die Entkopplungsschalter ausgeschaltet werden können, ohne dauerhaften Schaden von dem Phasenstrom zu erleiden, der zu dem Zeitpunkt an sie angelegt wird, zu dem die Brückenschalter 108, 128, 138 ausgeschaltet sind.
Im Folgenden werden mögliche Fehlerszenarien unter Bezugnahme auf 4 und ihr Einfluss auf die von der Steuerung 114 gesteuerte Ausschaltstrategie der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen erörtert. Die Beschreibung basiert auf einer Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen, die drei Halbbrücken in der Inverterschaltung 110 aufweist (wie in 2 dargestellt). Sie kann jedoch analog auf Schaltungsanordnungen mit Inverterschaltungen 110 mit nur einer Halbbrücke oder zwei Halbbrücken angewendet werden.
In 4 ist ein Ablaufdiagramm 400 dargestellt, das den Prozessablauf veranschaulicht, der von der Steuerung 114 bei Erkennung des Vorliegens eines Fehlerzustands in Schritt 402 initiiert wird. Das Vorliegen des Fehlerzustands kann auf einen Fehler zurückzuführen sein, der von der Steuerung 114 innerhalb der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen selbst erkannt wird. Alternativ kann das externe Fehlersignal, das durch die Steuerung 114 empfangen werden kann, die Schaltungsanordnung auffordern, in den Failsafe-Modus einzutreten. Die Steuerung 114 ist so ausgelegt, dass sie das System in beiden Fällen in einer Weise abschaltet, welche die Gefahr minimieren kann, dass die Brückenschalter und/oder die Entkopplungsschalter dauerhaften Schaden erleiden.
Wenn das Vorliegen eines Fehlerzustands in der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen erkannt wird, müssen möglicherweise zwei Szenarios gehandhabt werden. In einem Szenario tritt ein Kurzschluss in einem der Brückenschalter auf. Es wird angenommen, dass ein Kurzschluss in einem Brückenschalter einen elektrischen Pfad mit vernachlässigbarem ohmschem Widerstand durch diesen Brückenschalter bereitstellt. Ein Kurzschluss in einem der Brückenschalter kann durch Überwachen der Spannung am anderen Brückenschalter und/oder des durch den anderen Brückenschalter fließenden Phasenstroms in einer jeweiligen Halbbrücke erkannt werden. Wenn der andere Brückenschalter eingeschaltet ist, liegt ein Kurzschluss zwischen dem ersten Referenzpotenzial und dem zweiten Referenzpotenzial vor, der erkannt werden kann. In einem weiteren Szenario tritt in einem der Brückenschalter eine Unterbrechung ein. Es wird angenommen, dass eine Unterbrechung in irgendeinem Brückenschalter einem unendlichen Widerstand entspricht, derart dass kein Phasenstromfluss dadurch zugelassen wird. Eine Unterbrechung in einem der Brückenschalter kann durch Überwachen der Phasenspannung am entsprechenden Brückenknoten erkannt werden. Wenn die Brückenschalter in einem Fehlerfall ausgeschaltet werden und der Rotor des Elektromotors 112 sich weiterhin dreht, wird noch immer ein Phasenstrom erzeugt und zum Entkopplungsschalter und/oder dem entsprechenden Brückenknoten getrieben oder davon entzogen. In einigen Fällen kann jedoch infolge der im Elektromotor 112 bereitgestellten Induktivitäten noch in Zeitmaßstäben von bis zu mehreren Hunderten von Mikrosekunden ein Phasenstrom erzeugt (induziert) werden, selbst nachdem der Elektromotor 112 zu rotieren aufgehört hat. Die Phasenspannung kann dann Werte außerhalb des Spannungsbereichs der Brückenspannung annehmen. Durch Überwachen der Phasenspannungen kann die Steuerung 114 daher in der Lage sein, zu ermitteln, ob eine Unterbrechung in einem Brückenschalter in einer jeweiligen Halbbrücke vorliegt. In beiden Fällen umfasst das Vorliegen einer Unterbrechung oder das Vorliegen eines Kurzschlusses in einem der Brückenschalter auch die Fälle, in welchen eine Unterbrechung oder ein Kurzschluss an der Peripherie der Brückenschaltung vorliegt und die elektrischen Verbindungen zwischen der jeweiligen Brückenschaltung und anderen elektrischen Komponenten beeinflusst.
Wenn von der Steuerung 114 ein Fehlerzustand erkannt wird oder wenn ein entsprechender Wert des externen Fehlersignals durch die Steuerung 114 empfangen wird, können in Schritt 404 im Ablaufdiagramm 400 alle Brückenschalter ausgeschaltet werden. Falls eine Unterbrechung in einem der Brückenschalter vorliegt, kann dieser Brückenschalter eingeschaltet bleiben, da es sein kann, dass es nicht möglich ist, diesen Brückenschalter mittels entsprechender Schaltsignale auszuschalten, die durch die Steuerung 114 an ihn angelegt werden.
Die Steuerung 114 ist so ausgelegt, dass sie, wenn die Brückenschalter ausgeschaltet werden, entscheidet, ob die Entkopplungsschalter sofort (d. h. zur gleichen Zeit wie die Brückenschalter) ausgeschaltet werden können oder ob ihr Ausschalten verzögert werden sollte, um zu verhindern, dass die Entkopplungsschalter beschädigt werden. Da die Steuerung 114 über Informationen über die Position und die Drehzahl des Rotors des Elektromotors 112 verfügen kann, kann sie berechnen/vorhersagen, ob die Brückenschalter und die Entkopplungsschalter gleichzeitig ausgeschaltet werden können. Der Wert jedes der Phasenströme, welche im Allgemeinen sinusförmig sein können, kann der Steuerung 114 zum Zeitpunkt der Erkennung des Kurzschlusses an einem Brückenschalter bekannt sein. Die Steuerung 114 kann daher so ausgelegt sein, dass sie in Schritt 406 alle Entkopplungsschalter sofort, d. h. zur gleichen Zeit wie die Brückenschalter ausschaltet, wenn sie ermittelt, dass die Entkopplungsschalter robust genug sind, um einem Überspannungszustand standzuhalten, der durch einen übermäßigen Phasenstrom verursacht werden kann. Das heißt, die Steuerung 114 kann die Entkopplungsschalter zusammen mit den Brückenschaltern ausschalten, wenn der Phasenstrom durch die Entkopplungsschalter effektiv gesperrt werden kann, ohne dass sie dauerhaft beschädigt werden.
Wenn jedoch die Steuerung 114 ermittelt, dass die Entkopplungsschalter nicht robust genug sind, um einem Überspannungszustand standzuhalten, der durch einen übermäßigen Phasenstrom verursacht werden kann, kann sie das Ausschalten der Entkopplungsschalter in Schritt 408 zum Beispiel bis zu einem Nulldurchgang der entsprechenden Phasenspannung verzögern. Ein Spannungsnulldurchgang kann durch eine Phasenspannungsrückkopplung erkannt werden, die in der Steuerung 114 enthalten oder in der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen als separate Einheit vorgesehen sein kann. Die Phasenspannungsrückkopplung kann als Komparatorschaltung ausgelegt sein, die so ausgelegt ist, dass sie eine Hälfte der Inverterschaltungsspannung (d. h. eine Hälfte der Brückenspannung), welche 12 V einer Fahrzeugbatterie entsprechen kann, mit der tatsächlichen Phasenspannung, d. h. der Spannung an einem jeweiligen Brückenknoten, vergleicht. Ein positiver Wert dieses Vergleichs kann anzeigen, dass gegenwärtig der obere elektrische Pfad verwendet wird, d. h. dass die entsprechende Phasenwicklung mit dem ersten Referenzanschluss 116 elektrisch gekoppelt ist, wobei ein elektrischer Freilaufpfad (z. B. eine Freilaufdiode) des entsprechenden hochseitigen Schalters verwendet werden kann. Ein negativer Wert dieses Vergleichs kann anzeigen, dass gegenwärtig der untere elektrische Pfad verwendet wird, d. h. dass die entsprechende Phasenwicklung mit dem zweiten Referenzanschluss 118 elektrisch gekoppelt ist, wobei ein elektrischer Freilaufpfad (z. B. eine Freilaufdiode) des entsprechenden niederseitigen Schalters verwendet werden kann. Durch Auslösen des Ausschaltens eines jeweiligen Entkopplungsschalters beim Übergang zwischen diesen beiden Zuständen kann die Steuerung 114 zum Schalten des jeweiligen Entkopplungsschalters bei einem Nulldurchgang des entsprechenden Phasenstroms in der Lage sein. Wenn jedoch die Phasenströme abfallen, können bei Auftreten eines Nulldurchgangs eines Phasenstroms auch alle drei Entkopplungsschalter ausgeschaltet werden, wenn die Steuerung 114 in der Lage ist, zu bestimmen (zum Beispiel aus einem theoretischen Modell oder aus einer Nachschlagetabelle), dass der Abfall der Phasenströme so schnell ist, dass keine Gefahr für die anderen Entkopplungsschalter besteht, dauerhaften Schaden zu erleiden, wenn sie beim Nulldurchgang des Phasenstroms des anderen Entkopplungsschalters ausgeschaltet sind. In solch einem Fall wird nur ein Entkopplungsschalter beim Nulldurchgang des entsprechenden Phasenstroms ausgeschaltet, die anderen zwei werden bei von null verschiedenen Werten ihrer Phasenströme ausgeschaltet. Es ist zu erwähnen, dass der Freilaufpfad durch die Body-Diode eines Brückenschalters nach dem Eintreten einer Unterbrechung am entsprechenden Brückenschalter möglicherweise nicht verfügbar ist. Die Phasenspannung kann möglicherweise nicht mehr auf den Wert einer Body-Dioden-Schwellenspannung über der Brückenspannung oder auf den Wert einer Body-Dioden-Schwellenspannung unter der Referenzspannung festgestellt werden. Daher kann eine übermäßig große Phasenspannung, entweder positiv, zum Beispiel eine Phasenspannung von über 20 V (statt von ungefähr einem Wert, welcher der Brückenspannung plus der Schwellenspannung einer Body-Diode des entsprechenden hochseitigen Schalters entspricht, während des Normalbetriebs der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen), oder negativ, zum Beispiel eine Phasenspannung von unter –20 V (statt von ungefähr einem Wert, welcher der Referenzspannung minus der Schwellenspannung einer Body-Diode des entsprechenden niederseitigen Schalters entspricht, während des Normalbetriebs der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen), ein Indikator eines Vorliegens einer Unterbrechung am entsprechenden Brückenschalter (d. h. einem hochseitigen Schalter oder einem niederseitigen Schalter) sein, für dessen Erkennung zu Diagnosezwecken die Steuerung 114 ferner ausgelegt sein kann.
In einem anderen Szenario, das durch Schritt 406 dargestellt wird, kann die Steuerung 114 das Ausschalten der Entkopplungsschalter verzögern, bis der vom Elektromotor 112 nach wie vor erzeugte Phasenstrom unter einen bestimmten Schwellenwert abfällt. Der Schwellenwert kann definiert werden oder auf den maximalen Nennbetriebsparametern der Brückenschalter basieren.
Im Allgemeinen kann ein Verzögern des Ausschaltens der Entkopplungsschalter einen Abfall des Phasenstroms auf Werte ermöglichen, die niedrig genug sind, um durch leistungsarme Schalter effektiv gesperrt zu werden, die für gewöhnlich billiger sind, wie beispielsweise Transistoren, die zum Schalten von niedrigen Leistungen konzipiert sind, anstelle von teuren Leistungstransistoren.
Wenn die Brückenschalter und/oder die Entkopplungsschalter als Halbleiterschalter, zum Beispiel MOSFETs, ausgelegt sind, kann der zuvor erwähnte Überspannungszustand ein Zustand sein, in dem ein jeweiliger Halbleiterschalter außerhalb seiner maximalen Nennbetriebswerte betrieben wird. Zum Beispiel kann der zuvor erwähnte Überspannungszustand einem Betrieb eines jeweiligen Halbleiterschalters im Lawinenmodus entsprechen. Daher kann die von der Steuerung 114 getroffene Entscheidung, ob ein jeweiliger Entkopplungsschalter bei einen gegebenen, an ihn angelegten Phasenstrom ausgeschaltet werden kann, auf der Schätzung basieren, ob der jeweilige Entkopplungsschalter in den Lawinenmodus eintritt oder nicht und, falls ja, ob der jeweilige Entkopplungsschalter in der Lage ist, den Betrieb im Lawinenmodus aufrechtzuerhalten, ohne dadurch dauerhaft beschädigt zu werden. Die Steuerung 114 kann so ausgelegt sein, dass sie die weitere zeitliche Entwicklung des Phasenstroms zum Beispiel basierend auf theoretischen Modellen unter Verwendung von verfügbaren Parametern, wie beispielsweise Drehzahl des Rotors im Elektromotor 112, relative Position zwischen dem Rotor und dem Stator des Elektromotors 112, Magnetfeld des Rotors und/oder Innenwiderstand des Elektromotors 112, vorhersagt. Es können jedoch auch tatsächliche Messungen des Phasenstroms für die Vorhersage der weiteren zeitlichen Entwicklung davon verwendet werden, da die erforderlichen Messschaltungen (z. B. Hall-Sensoren, Nebenschlusswiderstände) in gewöhnlichen Motor-Steuerschaltungen üblicherweise vorhanden sind. Alternativ kann die Steuerung 114 Nachschlagetabellen verwenden, welche Informationen darüber enthalten können, ob ein jeweiliger Entkopplungsschalter bei einem gegebenen Phasenstrom oder einer gegebenen Drehzahl des Rotors und/oder einer gegebenen relativen Position zwischen dem Rotor und dem Stator des Elektromotors 112 ausgeschaltet werden kann. Mit anderen Worten können die Nachschlagetabellen Werte enthalten, die auf bereits vorberechneten Szenarios basieren und das spezifische Design des Elektromotors 112 sowie Nennbetriebsparameter der Halbleiterschalter berücksichtigen.
Die Steuerung 114 kann so ausgelegt sein, dass sie nach dem Initiieren eines beliebigen der Prozesse gemäß Schritt 406, 408, 410 im Ablaufdiagramm 400 ferner Energiemanagement einsetzt. Das Ziel des Energiemanagements kann in der derartigen Verteilung der zu verbrauchenden Energie gesehen werden, dass keiner der Brückenschalter oder Entkopplungsschalter beschädigt wird. Die zu verbrauchende Energie stammt vom Elektromotor 112, in welchem der Rotor nach dem Ausschalten der Brückenschalter nicht sofort stoppt, sondern sich weiter dreht und dadurch fortfährt, einen Phasenstrom im Stator zu induzieren. Das Ausschalten der Entkopplungsschalter beabsichtigt ein Sperren dieses Phasenstroms durch Trennen der Inverterschaltung 110 vom Elektromotor 112. Es kann außerdem die Brückenschalter vor Beschädigung durch eine erhöhte Phasenspannung und/oder den Phasenstrom schützen. Anstelle des Verwendens von leistungsstarken Schaltern, die jederzeit ausgeschaltet werden können, besteht jedoch der Ansatz in der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen darin, leistungsarme Schalter zum Sperren von Strömen zu verwenden, die außerhalb des Nennbetriebsbereichs der Schalter liegen können. Daher können Umverteilungsschemata für die zu verbrauchende Energie implementiert werden, um zu verhindern, dass die Entkopplungsschalter beschädigt werden.
Durch Ausschalten der Brückenschalter kann die Phasenspannung in mindestens einer Halbbrücke innerhalb der Inverterschaltung 110 über ihren Nennwert ansteigen. Wenn die Entkopplungsschalter ausgeschaltet werden, kann diese erhöhte Phasenspannung im Falle von Entkopplungsschaltern, die als MOSFETs ausgelegt sind, zu Überspanungszuständen, d. h. zu Betrieb im Lawinenmodus, führen. Das von der Steuerung 114 eingesetzte Energiemanagement strebt eine Verteilung der zu verbrauchenden Energie an, um die elektrische (und dadurch thermische) Beanspruchung des Schalters bzw. der Schalter zu lindern, der/die den Strompfad zwischen dem Elektromotor 112 und der Inverterschaltung 110 sperrt/sperren. Wenn die Schalter (seien es Brückenschalter oder Entkopplungsschalter) als Halbleiterschalter, zum Beispiel als Transistoren, wie beispielsweise als MOSFETs, ausgelegt sind, dann kann man sagen, dass das Energiemanagement eine Verteilung von Lawinenenergie auf verschiedene Transistoren anstrebt. Im Rahmen dieser Beschreibung kann sich Lawinenenergie auf die Energie beziehen, die an einem Transistor während seines Betriebs im Lawinenmodus verbraucht wird, wobei die Energie in Form von Wärme verbraucht werden kann, die im Transistor erzeugt wird. Mit anderen Worten kann sich Lawinenenergie auf die Menge von Leistung im Zeitablauf beziehen, die der Transistor während des Betriebs im Lawinenbetrieb selbst absorbieren und verbrauchen kann.
Eine Maßnahme zum Einsetzen von Energiemanagement kann das simultane Ausschalten von mehreren Entkopplungsschaltern sein, wie bereits in Schritt 410 des in 4 dargestellten Ablaufdiagramms 400 erwähnt. Dadurch sperren mehrere Entkopplungsschalter aktiv den Zirkulationsstrom in der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen statt nur eines Entkopplungsschalters, und daher wird die zu verbrauchende Energie unter diesen verteilt.
Eine weitere Maßnahme zum Einsetzen von Energiemanagement kann das Ausschalten eines Schalters (sei es eines Brückenschalters oder eines Entkopplungsschalters) sein, der in einem Überspannungszustand arbeitet. Dadurch sperrt dieser Schalter den Strompfad nicht mehr aktiv, und er kann aufhören, in einem Überspannungszustand zu funktionieren. Seine Sperreigenschaft wird dann von dem/den anderen Schalter(n) in der jeweiligen Halbbrücke (einschließlich des entsprechenden Entkopplungsschalters) übernommen. Der Schalter, der eingeschaltet werden kann, kann der Schalter sein, in dem die höchste Lawinenenergie im Vergleich zu anderen Schaltern verbraucht wurde, die möglicherweise ebenfalls im Lawinenmodus arbeiten. Der Schalter, der eingeschaltet werden kann, kann der Schalter sein, in dem eine vordefinierte Lawinenenergie verbraucht wurde, die entsprechen kann. Diese vordefinierte Lawinenenergie kann einer maximal bemessenen Verlustenergie (unter Berücksichtigung eines Sicherheitsspielraums) entsprechen, die der Schalter aushalten kann, ohne dauerhaften Schaden zu erleiden.
Noch eine weitere Maßnahme zum Einsetzen von Energiemanagement kann ein Schaltschema aufweisen, in welchem der mindestens eine Schalter, der am meisten durch Überspannung beansprucht wird, mit einer bestimmten Häufigkeit oder in veränderlichen Intervallen ein- und ausgeschaltet wird, um abwechselnde Phasen von thermischer Spannung und thermischer Relaxation zu haben. Zum Beispiel kann ein PWM(Pulsweitenmodulation)-Schema verwendet werden. Durch Einschalten und Ausschalten zum Beispiel eines Halbleiterschalters kann die Lawinenenergie gemäß den maximalen Nennbetriebsparametern des Halbleiterschalters dosiert werden. Es wird angenommen, dass ein Halbleiterschalter, wenn er in einem Lawinenmodus arbeitet, unter hoher thermischer Beanspruchung und daher in einer Phase thermischer Beanspruchung ist. Folglich wird angenommen, dass ein Halbleiterschalter, wenn er nicht im Lawinenmodus arbeitet, d. h. nicht ausgeschaltet ist und den Phasenstrom sperrt, unter niedrig(er)er thermischer Beanspruchung und daher in einer Phase thermischer Relaxation ist.
Im Folgenden wird das von der Steuerung 114 eingesetzte Energiemanagement auf der Basis der in 2 dargestellten Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen erläutert. Lediglich zu Veranschaulichungszwecken wird angenommen, dass die Schalter, d. h. die sechs Brückenschalter 102, 106, 122, 126, 132, 136 und die drei Entkopplungsschalter 108, 128, 138 als Transistoren, zum Beispiel MOSFETs, ausgelegt sind. Lediglich zu Veranschaulichungszwecken wird ferner angenommen, dass der Fehlerzustand infolge einer Unterbrechung ist, die im dritten Schalter 122, d. h. dem hochseitigen Schalter der zweiten Halbbrücke, vorliegt.
Wenn die Steuerung 114 die Unterbrechung im dritten Schalter 122 erkennt, werden alle anderen Brückenschalter 102, 106, 126, 132, 136 gemäß Schritt 404 des im Ablaufdiagramm 400 von 4 dargestellten Prozessablaufs ausgeschaltet. Dann werden in Abhängigkeit von der Größe des Phasenstroms die Entkopplungsschalter 108, 128, 138 ausgeschaltet. In der Zwischenzeit kann der vierte Brückenschalter 126 im Lawinenmodus gearbeitet haben, da der Freilaufpfad zum ersten Referenzanschluss 116, z. B. durch eine Freilaufdiode im dritten Brückenschalter 122, nicht verfügbar ist und der Phasenstrom daher eine erhebliche Potenzialerhöhung am zweiten Brückenknoten 124 erzeugt haben kann, derart, dass es sein kann, dass der vierte Brückenschalter 126 nicht in der Lage gewesen ist, die Spannung zwischen dem vierten Brückenknoten 124 und dem zweiten Referenzanschluss 118 effektiv zu sperren, und tatsächlich in den Lawinenmodus eintrat. Ein simultanes Ausschalten aller drei Entkopplungsschalter, 108, 128, 138 führt zu einer Verteilung der Spannungsbeanspruchung, zum Beispiel der Lawinenenergie, zum Beispiel vom vierten Brückenschalter 126 auf mindestens einen und höchstens zwei dieser drei Entkopplungsschalter. Es ist zu erwähnen, dass in Abhängigkeit von der Richtung des Phasenstroms mindestens einer und höchstens zwei der drei Entkopplungsschalter 108, 128, 138 in den Lawinenmodus eintreten können. Der mindestens eine andere Entkopplungsschalter kann den Phasenstrom über seinen Freilaufpfad, z. B. eine Freilaufdiode (die in jedem der Entkopplungsschalter in Form einer eigenen Body-Diode eines MOSFETs vorgesehen sein kann), leiten. In diesem Beispiel können der vierte Brückenschalter 126, der erste Entkopplungsschalter 108 und/oder der dritte Entkopplungsschalter 138 abwechselnd eingeschaltet werden, um ein Energiemanagementschema anzuwenden, das beabsichtigt, zuzulassen, dass sich der Schalter, der eingeschaltet ist, von der thermischen Beanspruchung während der Zeitspanne, in welcher er eingeschaltet bleibt, regeneriert und daher nicht zum Sperren des Phasenstroms verwendet wird. Im Allgemeinen kann, wenn die Steuerung 114 ermittelt, dass die Beanspruchung aus dem Phasenstrom mindestens eines der Entkopplungsschalter 108, 128, 138 oder mindestens eines der Brückenschalter zu hoch ist, dieser Entkopplungsschalter oder dieser Brückenschalter für eine Zeitspanne eingeschaltet werden, während der er sich regenerieren kann. Lediglich zu Veranschaulichungszwecken wird angenommen, dass der erste Entkopplungsschalter 108 Gefahr läuft, durch übermäßige Lawinenenergie, die daran verbraucht wird, beschädigt zu werden. Wenn der erste Entkopplungsschalter 108 als ein MOSFET mit einer in der in 3 dargestellten Richtung angeordneten Body-Diode ausgelegt ist, kann dies nur der Fall sein, wenn der Strom vom zweiten Referenzanschluss 118 durch den ersten Brückenknoten 104 zum Elektromotor 112 fließt, da dann der elektrische Freilaufpfad durch die Body-Diode des ersten Entkopplungsschalters 108 für diese Stromflussrichtung nicht verfügbar ist. Infolgedessen kann das Potenzial zwischen dem ersten Brückenknoten 104 und dem ersten Entkopplungsschalter 108 beträchtlich zunehmen, was zu einer großen Spannung führt, die an den ersten Entkopplungsschalter 108 angelegt wird. Folglich kann der erste Entkopplungsschalter 108 in einen Betrieb im Lawinenmodus eintreten. Um zu verhindern, dass der erste Entkopplungsschalter 108 beschädigt wird, kann er für eine bestimmte Zeitspanne eingeschaltet werden. In diesem Beispiel könnte ein Stromfluss auch vom Motor 112 zum zweiten Brückenknoten 124 und dem dritten Brückenknoten 134 vorliegen. Der Strom, der zum dritten Brückenknoten 134 fließt, fließt durch die leitenden Body-Dioden des dritten Entkopplungsschalters 138 und des fünften Brückenschalters 132 zum ersten Referenzanschluss 116, z. B. der Batterie. Der Strom, der zum zweiten Brückenknoten 124 fließt, fließt durch die leitende Body-Diode des zweiten Brückenschalters 128. Da in diesem beispielhaften Szenario der dritte Brückenschalter 122 durch eine Unterbrechung beeinträchtigt ist, wird verhindert, dass dieser Strom zum ersten Referenzanschluss 116 fließt. Stattdessen kann er den vierten Brückenschalter 124 in den Lawinenmodus steuern. Dies bedeutet, dass in diesem Beispiel der erste Entkopplungsschalter 108 und der vierte Brückenschalter 126 durch starke thermische Belastung beeinträchtigt werden. Durch ausschließliches Einschalten des ersten Entkopplungsschalters 108 oder des vierten Brückenschalters 126 kann ein Energiemanagement zwischen den zwei Schaltern, die durch die schwere thermische Belastung betroffen sind, erreicht werden. Während dieses Prozesses kann die Batterie geladen werden, wenn Strom vom zweiten Referenzanschluss 118 durch den Elektromotor 112 zum ersten Referenzanschluss 116 fließt. Während dieses Prozesses wird der Strom nicht erhöht, allerdings können die Phasen, während welcher der erste Entkopplungsschalter 108 eingeschaltet wird, die Zeit verlängern, die der Strom zum Abfallen braucht. Nach einer bestimmten Zeit, z. B. nachdem sich der erste Entkopplungsschalter 108 regeneriert, d. h. abgekühlt hat, kann er wieder ausgeschaltet werden, um dadurch den elektrischen Pfad für den Phasenstrom wieder zu sperren. Der erste Entkopplungsschalter 108 kann für unterschiedliche Zeitspannen, zum Beispiel in einem PWM-Schema, ein- und ausgeschaltet werden, da die Menge Phasenstrom, die durch den Elektromotor 112 erzeugt wird, mehrere Beanspruchungs- und Relaxationsphasen des Entkopplungsschalters 108 erfordern kann, bis seine gesamte Rotationsenergie verbraucht ist und er schließlich seine Drehbewegung stoppt.
Die eben beschriebenen Vorgänge können auf jeden anderen Zweig der Schaltungsanordnung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen, d. h. auf den zweiten Zweig, der die zweite Halbbrücke (den dritten Schalter 122 und den vierten Schalter 126) und den zweiten Entkopplungsschalter 128 umfasst, und/oder auf den dritten Zweig, der die dritte Halbbrücke (den fünften Schalter 132 und den sechsten Schalter 136) und den dritten Entkopplungsschalter 138 umfasst, unabhängig voneinander angewendet werden. Wenn zum Beispiel der zweite Entkopplungsschalter 128 und der dritte Entkopplungsschalter 138 wiederholt ein- und ausgeschaltet werden sollen, zum Beispiel mit einem PWM-Schema, können sie synchron ein- und ausgeschaltet werden, oder sie können unabhängig voneinander ein- und ausgeschaltet werden.
In 3 ist eine weitere Implementierung 300 einer Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen dargestellt. Die Implementierung 300 basiert auf der in 2 dargestellten Schaltungsanordnung 200. Jeder Schalter, d. h. die sechs Brückenschalter 102, 106, 122, 126, 132, 136 und die drei Entkopplungsschalter 108, 128, 138 sind als MOSFETs ausgelegt, wobei jeder die eigene Body-Diode umfasst, die als Freilaufdiode verwendet werden kann, wenn der jeweilige Schalter ausgeschaltet ist. Es ist zu erwähnen, dass die Anordnung der Body-Dioden der drei Entkopplungsschalter 108, 128, 138 umgekehrt werden kann, d. h. es kann die Richtung des Freilaufpfades umgekehrt werden. In der Implementierung 300 der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist ein Widerstand 310 dargestellt, der zwischen den zweiten Referenzanschluss 118 und die niederseitigen Schalter der Inverterschaltung 110 gekoppelt ist. Der Widerstand 310 kann ein Nebenschlusswiderstand sein, der zum Bestimmen der Größe des Phasenstroms verwendet werden kann. Seine in 3 dargestellte Anordnung ist beispielhaft, der Nebenschlusswiderstand oder Mehrfach-Nebenschlusswiderstand kann in anderen Positionen innerhalb der Schaltungsanordnung 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen, z. B. in einem der elektrischen Pfade zwischen einem der Entkopplungsschalter 108, 128, 138 und dem Elektromotor 112, vorgesehen sein. Die detaillierten Verbindungen zwischen der Steuerung 114 und den Schaltern wurden in der Figur der Klarheit halber weggelassen. In der in 3 dargestellten Ausführungsform umfasst die Steuerung 114 eine dedizierte Schaltung 306, die so ausgelegt ist, dass sie die Fehlerzustände überwacht und entscheidet, wann die Entkopplungsschalter in einem Fehlerzustand ausgeschaltet werden sollen. Die kleinen Pfeile 304 zeigen die Wirkung der Steuerung 114 auf die Brückenschalter an, die im Falle eines erkannten oder gemeldeten Fehlerzustands ausgeschaltet werden. Der große Pfeil 308 zeigt die Wirkung der dedizierten Schaltung 306 auf die Entkopplungsschalter an, welche entweder zusammen mit dem oder verzögert in Bezug das Ausschalten der Brückenschalter ausgeschaltet werden, wie auf der Basis des in 4 dargestellten Ablaufdiagramms 400 erläutert wurde. Die Steuerung 114 umfasst ferner den Externfehler-Anschluss 302, über welchen sie das externe Fehlersignal empfängt, das anzeigt, dass die Brückenschaltung innerhalb der Schaltungsanordnung 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen abgeschaltet werden soll. Im Allgemeinen kann die Steuerung 114 Signale empfangen, welche die Phasenspannungen und/oder die Spannungen anzeigen, die an die Brückenschalter angelegt werden, um Kurzschlüsse an den Brückenschaltern zu bestimmen. Die Richtung des Phasenstroms bestimmt, ob der Phasenstrom durch den hochseitigen Schalter oder durch den niederseitigen Schalter der jeweiligen Halbbrücke der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen fließt. Ein Übergang von einem Stromfluss durch den hochseitigen (High-Side) Schalter zu einem Stromfluss durch den niederseitigen (Low-Side) Schalter und umgekehrt in einer gegebenen Halbbrücke ändert die Phasenspannung und zeigt dadurch einen Nulldurchgang des Phasenstroms an.
Die in 3 dargestellte Ausführungsform überblickend, die Freilaufdioden, welche im Wesentlichen unidirektionale elektrische Wege sind, welche stets leitend sind, wenn eine Spannung über der Dioden-Vorwärtsspannung der korrekten Polarität an sie angelegt ist. Diese Tatsache muss während des Energiemanagementschemas berücksichtigt werden, wobei es sein kann, dass es nicht immer möglich ist, einen Entkopplungsschalter zu öffnen, der durch Lawinenbetrieb thermisch beansprucht wird, da dies zu einem leicht leitenden elektrischen Pfad zwischen dem Elektromotor 112 und den Referenzpotenzialen führen kann.
In 5 ist ein Ablaufdiagramm 500 dargestellt, das ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht. In Schritt 502 kann das Verfahren ein Ausschalten der mindestens zwei Schalter (Brückenschalter) in einem Fehlerfall aufweisen. Es ist zu erwähnen, dass es, wenn ein Kurzschluss in einer Brückenschaltung vorliegt, sein kann, dass es nicht möglich ist, diesen Schalter mittels eines entsprechenden Signals von der Steuerung 114 aktiv auszuschalten. In solch einem Fall bleibt der betroffene Brückenschalter leitend.
In einem nächsten Schritt 504 kann das Verfahren ein Bestimmen aufweisen, ob eine vordefinierte Bedingung erfüllt wird. Wie bereits erwähnt, wird die vordefinierte Bedingung erfüllt, wenn der Entkopplungsschalter (oder die Entkopplungsschalter) ausgeschaltet werden kann, ohne dauerhaften Schaden von dem Strom zu erleiden, der zu dem Zeitpunkt an ihn (oder an sie) angelegt wird, zu dem die mindestens zwei Schalter (Brückenschalter) ausgeschaltet sind.
Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, kann das Verfahren in Schritt 508 ein Verzögern des Ausschaltens des Entkopplungsschalters (oder der Entkopplungsschalter) in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Schalter (Brückenschalter) aufweisen. Im Falle einer Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen mit mehr als einem Zweig, d. h. mit mehr als einer Halbbrücke, können die einzelnen Entkopplungsschalter simultan (aber immer noch eine gewisse Zeit nach dem Ausschalten der Brückenschalter) ausgeschaltet oder einzeln um verschiedene Zeiten verzögert werden, derart, dass sie nicht gleichzeitig ausgeschaltet werden.
Wenn diese Bedingung erfüllt wird, kann das Verfahren in Schritt 506 ein simultanes Ausschalten der mindestens zwei Schalter (Brückenschalter) und des Entkopplungsschalters (oder der Entkopplungsschalter) aufweisen.
Die Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie hierin beschrieben, sowie das Verfahren zum Betrieb derselben können, um ein realisierbares Beispiel zu nennen, in Servolenkungsanwendungen zum Beispiel in einer beliebigen Art von Fahrzeugen verwendet werden.
Die Erkennung von Fehlerzuständen, zum Beispiel des ersten Fehlerfalles und des zweiten Fehlerfalles, innerhalb der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann auf einem Überwachen dessen basieren, ob Ströme und/oder Spannungen bestimmte Schwellen, zum Beispiel den zweiten Schwellenwert und den dritten Schwellenwert, über- oder unterschreiten. Die Werte der Schwellen können derart gewählt werden, dass das Vorliegen eines Fehlerzustands praktisch garantiert werden kann, wenn eine jeweilige Schwelle durch den überwachten Wert über- oder unterschritten wird.
Anstelle des Überwachens von bestimmten Werten, wie beispielsweise dem Phasenstrom und/oder der Phasenspannung, um zu ermitteln, ob ein Fehlerzustand vorliegt, können jedoch stattdessen oder zusätzlich auch Testmuster verwendet werden. Mit anderen Worten kann die Reaktion der Schaltungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen auf Testmuster, zum Beispiel bestimmte, auf die Schalter angewendete Steuerimpulse, analysiert werden, um Fehlerfälle zu erkennen. Um ein Beispiel zu nennen, kann ein Brückenschalter oder ein Entkopplungsschalter durch ein entsprechend ausgelegtes Steuersignal ein- oder ausgeschaltet werden. Wenn bei Anlegen eines aktivierenden oder deaktivierenden Steuersignals an diesen Schalter keine Änderung des Phasenstroms oder der Phasenspannung in der entsprechenden Halbbrücke erkannt wird, kann dieser Schalter als durch eine Unterbrechung beeinträchtigt klassifiziert werden und daher fehlerhaft sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Schaltungsanordnung bereitgestellt, die aufweist: eine Brückenschaltung, die mindestens zwei in Reihe geschaltete Schalter aufweist; einen Brückenknoten, der zwischen den mindestens zwei Schaltern angeordnet ist, wobei der Brückenknoten so ausgelegt sein kann, dass er eine Phasenspannung bereitstellt; einen Elektromotor mit mindestens einer Phasenwicklung, die mit dem Brückenknoten gekoppelt ist; einen Entkopplungsschalter, der zwischen den Brückenknoten und den Elektromotor geschaltet ist; eine Steuerung, die mit dem Entkopplungsschalter und mit den mindestens zwei Schaltern gekoppelt ist, wobei die Steuerung so ausgelegt sein kann, dass sie in einem Fehlerfall die mindestens zwei Schalter ausschaltet, ermittelt, ob eine vordefinierte Bedingung erfüllt ist, und entweder den Entkopplungsschalter ausschaltet, wobei das Ausschalten des Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Schalter verzögert werden kann, falls die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt ist; oder die mindestens zwei Schalter und den Entkopplungsschalter simultan ausschaltet, falls die vordefinierte Bedingung erfüllt ist; wobei die Steuerung so ausgelegt sein kann, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn der Entkopplungsschalter ausgeschaltet werden kann, ohne dauerhaften Schaden von dem Strom zu erleiden, der zu dem Zeitpunkt an ihn angelegt wird, zu dem die mindestens zwei Schalter ausgeschaltet sind.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann ein erster Schalter der mindestens zwei Schalter mit einem Versorgungspotenzial gekoppelt sein.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann ein zweiter Schalter der mindestens zwei Schalter mit einem Referenzpotenzial gekoppelt sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung so ausgelegt sein, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn der Entkopplungsschalter robust genug ist, um einem Überspannungszustand standzuhalten, der durch die Potenzialdifferenz zwischen dem Brückenknoten und der Phasenwicklung verursacht wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann der Entkopplungsschalter als ein Feldeffekttransistor ausgelegt sein.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung so ausgelegt sein, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn der Entkopplungsschalter in der Lage ist, Betrieb im Lawinenmodus standzuhalten, der durch die Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial am Brückenknoten und dem Potenzial an der Phasenwicklung darin induziert wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie das Potenzial an der Phasenwicklung aus der Position eines Stators in Bezug auf einen Rotor des Elektromotors ermittelt.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie die Phasenspannung überwacht.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie das Ausschalten des Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Schalter bis zu einem Nulldurchgang der Phasenspannung oder des Phasenstroms verzögert.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie das Ausschalten des Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Schalter verzögert, bis der Wert eines Stroms, der durch den Elektromotor zum Brückenknoten getrieben wird, unter einen ersten Schwellenwert gesunken ist. Der erste Schwellenwert kann durch die Nennbetriebsparameter der Schalter definiert sein oder darauf basieren und einen Strom anzeigen, bei dem ein sicheres Abschalten der mindestens zwei Schalter noch möglich ist, z. B. ein Ausschalten, durch welches die mindestens zwei Schalter infolge des Stroms (Phasenstroms), der immer noch durch den Elektromotor von und zum Brückenknoten getrieben wird, nicht beschädigt werden.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann der erste Schwellenwert des Stroms, der vom Elektromotor zum Brückenknoten rückgekoppelt wird, einen mittleren Stromwert oder einen Momentanstromwert umfassen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann der erste Schwellenwert des Stroms, der vom Elektromotor zum Brückenknoten rückgekoppelt wird, einen Momentanwert umfassen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann ein erster Fehlerfall einem Kurzschluss entsprechen, der an einem der mindestens zwei Schalter vorliegt.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie die Spannung an mindestens einem der mindestens zwei Schalter überwacht.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie den ersten Fehlerfall erkennt, wenn die Spannung an mindestens einem der mindestens zwei Schalter einen zweiten Schwellenwert überschreitet, während er eingeschaltet ist. Der zweite Schwellenwert kann durch den Widerstand des entsprechenden Schalters im voll leitenden Zustand (R_DS(on) im Falle eines MOSFET-Transistors) multipliziert mit dem maximal zulässigen Phasenstrom definiert sein oder diesem (möglicherweise unter Berücksichtigung eines Sicherheitsspielraums) entsprechen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann ein zweiter Fehlerfall einer Unterbrechung entsprechen, die an einem der mindestens zwei Schalter vorliegt.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie den zweiten Fehlerfall erkennt, wenn die Phasenspannung einen dritten Schwellenwert über- oder unterschreitet. Der dritte Schwellenwert kann der Brückenspannung (d. h. der Spannung am ersten Referenzpotenzial 116) plus einer Dioden-Vorwärtsspannung und plus eines Sicherheitsspielraums entsprechen, um einen Unterbrechungszustand in einem jeweiligen hochseitigen Brückenschalter zuverlässig zu erkennen, oder er kann der zweiten Referenzspannung (d. h. der Spannung am zweiten Referenzanschluss 118) minus einer Dioden-Vorwärtsspannung und minus eines Sicherheitsspielraums entsprechen, um einen Unterbrechungszustand in einem niederseitigen Brückenschalter zuverlässig zu erkennen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann der Entkopplungsschalter als ein Feldeffekttransistor ausgelegt sein, und die Steuerung kann ferner so ausgelegt sein, dass sie den Entkopplungsschalter wieder einschaltet, nachdem er infolge des zweiten Fehlerfalles ausgeschaltet blieb und für eine Zeitspanne, während der ein Teil an Energie darin verbraucht wurde, der seinem maximal bemessenen Verlustenergieteil entspricht oder kleiner als dieser ist, im Lawinenmodus gearbeitet hat. Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie den Entkopplungsschalter nach seinem Ausschalten infolge des zweiten Fehlerfalles in einer getakteten Weise derart ansteuert, dass er hintereinander eingeschaltet und ausgeschaltet wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie den Entkopplungsschalter in der getakteten Weise derart ansteuert, dass ein Teil an Energie, der darin während der Zeit verbraucht wird, während der er ausgeschaltet bleibt und im Lawinenmodus arbeitet, seinem maximal bemessenen Verlustenergieteil entspricht oder kleiner als derselbe ist. Der maximal bemessene Verlustenergieteil kann der Teil an Energie sein, der im Schalter verbraucht werden kann, ohne dass der Schalter dauerhaften Schaden, zum Beispiel infolge von Schmelzen durch Überhitzung, nimmt.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Schaltungsanordnung ferner aufweisen: zwei weitere Schalter, die in Reihe geschaltet und in der Brückenschaltung vorgesehen sind; einen weiteren Brückenknoten, der zwischen den weiteren zwei Schaltern angeordnet ist, wobei der Brückenknoten so ausgelegt sein kann, dass er eine weitere Phasenspannung bereitstellt; einen weiteren Entkopplungsschalter, der zwischen den weiteren Brückenknoten und eine weitere Phasenwicklung des Elektromotors gekoppelt ist, wobei die Steuerung mit dem weiteren Entkopplungsschalter und den zwei weiteren Schaltern gekoppelt sein kann; wobei die Steuerung so ausgelegt sein kann, dass sie im Fehlerfall die mindestens zwei Schalter zusammen mit den zwei weiteren Schaltern ausschaltet; und entweder den weiteren Entkopplungsschalter ausschaltet, wobei das Ausschalten des weiteren Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der Schalter verzögert werden kann, falls die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt ist; oder den weiteren Entkopplungsschalter und die Schalter simultan ausschaltet, falls die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wobei die Steuerung so ausgelegt sein kann, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn der weitere Entkopplungsschalter ausgeschaltet werden kann, ohne dauerhaften Schaden von dem Strom zu erleiden, der zu dem Zeitpunkt an ihn angelegt wird, zu dem die mindestens zwei Schalter ausgeschaltet sind.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann ein erster Fehlerfall einem Kurzschluss entsprechen, der an einem der Schalter vorliegt.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie die Spannung an mindestens einem der Schalter überwacht.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie den ersten Fehlerfall erkennt, wenn die Spannung an mindestens einem der Schalter einen zweiten Schwellenwert überschreitet.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann ein erster Schalter der weiteren zwei Schalter mit einem Versorgungspotenzial gekoppelt sein.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann ein zweiter Schalter der weiteren zwei Schalter mit einem Referenzpotenzial gekoppelt sein.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann ein zweiter Fehlerfall einer Unterbrechung entsprechen, die an einem der Schalter vorliegt.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie die weitere Phasenspannung überwacht.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung so ausgelegt sein, dass sie den zweiten Fehlerfall erkennt, wenn die Phasenspannung einen dritten Schwellenwert über- oder unterschreitet. Der dritte Schwellenwert kann der Brückenspannung (d. h. der Spannung am ersten Referenzpotenzial 116) plus einer Dioden-Vorwärtsspannung und plus eines Sicherheitsspielraums entsprechen, um einen Unterbrechungszustand in einem jeweiligen hochseitigen Brückenschalter zuverlässig zu erkennen, oder er kann der zweiten Referenzspannung (d. h. der Spannung am zweiten Referenzanschluss 118) minus einer Dioden-Vorwärtsspannung und minus eines Sicherheitsspielraums entsprechen, um einen Unterbrechungszustand in einem niederseitigen Brückenschalter zuverlässig zu erkennen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung so ausgelegt sein, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn die Entkopplungsschalter robust genug sind, um einem Überspannungszustand standzuhalten, der durch die entsprechende Potenzialdifferenz zwischen Brückenknoten und Phasenwicklung verursacht wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung können die Entkopplungsschalter als Feldeffekttransistoren ausgelegt sein, und die Steuerung kann so ausgelegt sein, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn die Entkopplungsschalter in der Lage sind, einem Betrieb im Lawinenmodus standzuhalten, der durch die jeweilige Potenzialdifferenz zwischen Brückenknoten und Phasenwicklung darin induziert wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung so ausgelegt sein, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt ist, wenn der weitere Entkopplungsschalter nicht robust genug ist, um einem Überspannungszustand standzuhalten, der durch die Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial am weiteren Brückenknoten und dem Potenzial an der weiteren Phasenwicklung verursacht wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung können die Entkopplungsschalter als Feldeffekttransistoren ausgelegt sein; und die Steuerung kann so ausgelegt sein, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt ist, wenn der weitere Entkopplungsschalter nicht in der Lage ist, einem Betrieb im Lawinenmodus standzuhalten, der durch die Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial am weiteren Brückenknoten und dem Potenzial an der weiteren Phasenwicklung darin induziert wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie das Ausschalten des weiteren Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der Schalter bis zu einem Nulldurchgang der weiteren Phasenspannung oder eines weiteren Phasenstroms verzögert.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie das Ausschalten des weiteren Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der Schalter verzögert, bis der Wert eines Stroms, der vom Elektromotor zum weiteren Brückenknoten rückgekoppelt wird, unter einen ersten Schwellenwert gesunken ist.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann der erste Schwellenwert des Stroms, der vom Elektromotor zum weiteren Brückenknoten rückgekoppelt wird, einen mittleren Stromwert aufweisen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann der erste Schwellenwert des Stroms, der vom Elektromotor zum weiteren Brückenknoten rückgekoppelt wird, einen Momentanwert aufweisen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung können die Entkopplungsschalter als Feldeffekttransistoren ausgelegt sein, und die Steuerung kann ferner so ausgelegt sein, dass sie denjenigen Entkopplungsschalter wieder einschaltet, der nach seinem Ausschalten infolge des zweiten Fehlerfalles am längsten im Lawinenmodus gearbeitet hat.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung so ausgelegt sein, dass sie denjenigen Entkopplungsschalter wieder einschaltet, an den nach seinem Ausschalten infolge des zweiten Fehlerfalles die größte Phasenspannung angelegt wurde.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie mindestens einen der Entkopplungsschalter nach seinem Ausschalten infolge des zweiten Fehlerfalles in einer getakteten Weise derart ansteuert, dass er hintereinander eingeschaltet und ausgeschaltet wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung können die Entkopplungsschalter als Feldeffekttransistoren ausgelegt sein, und die Steuerung kann so ausgelegt sein, dass sie den mindestens einen der Entkopplungsschalter, nachdem er infolge des zweiten Fehlerfalles ausgeschaltet wurde und im Lawinenmodus war, in einer getakteten Weise derart ansteuert, dass ein Teil an darin verbrauchter Energie seinem maximal bemessenen Verlustenergieteil entspricht oder kleiner als dieser ist.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schaltungsanordnung kann die Steuerung ferner so ausgelegt sein, dass sie mindestens zwei Schalter in einer ausschließlichen Weise einschaltet und ausschaltet, die im Lawinenmodus gearbeitet haben, wobei mindestens einer der Schalter ein Entkopplungsschalter ist. Mit anderen Worten die Schalter, d. h. Brückenschalter oder Entkopplungsschalter.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung bereitgestellt, wobei die Schaltungsanordnung aufweisen kann: eine Brückenschaltung, die mindestens zwei in Reihe geschaltete Schalter aufweist; einen Brückenknoten, der zwischen den mindestens zwei Schaltern angeordnet ist, wobei der Brückenknoten so ausgelegt sein kann, dass er eine Phasenspannung bereitstellt; einen Elektromotor mit mindestens einer Phasenwicklung, die mit dem Brückenknoten gekoppelt ist; einen Entkopplungsschalter, der zwischen den Brückenknoten und den Elektromotor geschaltet ist; eine Steuerung, die mit dem Entkopplungsschalter und mit den mindestens zwei Schaltern gekoppelt ist; und wobei das Verfahren aufweisen kann: Ausschalten der mindestens zwei Schalter in einem Fehlerfall; Ermitteln, ob eine vordefinierte Bedingung erfüllt ist, und eines von Ausschalten des Entkopplungsschalters, wobei das Ausschalten des Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Schalter verzögert wird, falls die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt ist; und simultanes Ausschalten der mindestens zwei Schalter und des Entkopplungsschalters, falls die vordefinierte Bedingung erfüllt ist; wobei die vordefinierte Bedingung erfüllt sein kann, wenn der Entkopplungsschalter ausgeschaltet werden kann, ohne dauerhaften Schaden von dem Strom zu erleiden, der zu dem Zeitpunkt an ihn angelegt wird, zu dem die mindestens zwei Schalter ausgeschaltet sind.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kann die vordefinierte Bedingung erfüllt sein, wenn der Entkopplungsschalter robust genug ist, um einem Überspannungszustand standzuhalten, der durch die Potenzialdifferenz zwischen dem Brückenknoten und der Phasenwicklung verursacht wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kann der Entkopplungsschalter als ein Feldeffekttransistor ausgelegt sein.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kann die vordefinierte Bedingung erfüllt sein, wenn der Entkopplungsschalter in der Lage ist, Betrieb im Lawinenmodus standzuhalten, der durch die Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial am Brückenknoten und dem Potenzial an der Phasenwicklung darin induziert wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Ermitteln des Potenzials an der Phasenwicklung aus der Position eines Stators in Bezug auf einen Rotor des Elektromotors aufweisen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Verzögern des Ausschaltens des Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Schalter bis zu einem Nulldurchgang der Phasenspannung oder des Phasenstroms aufweisen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Verzögern des Ausschaltens des Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Schalter aufweisen, bis der Wert eines Stroms, der durch den Elektromotor zum Brückenknoten getrieben wird, unter einen ersten Schwellenwert gesunken ist.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Erkennen eines ersten Fehlerfalles aufweisen, wenn die Spannung an mindestens einem der mindestens zwei Schalter einen zweiten Schwellenwert überschreitet.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Erkennen eines zweiten Fehlerfalles aufweisen, wenn die Phasenspannung den dritten Schwellenwert überschreitet.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kann der Entkopplungsschalter als ein Feldeffekttransistor ausgelegt sein, und das Verfahren kann ferner ein Wiedereinschalten des Entkopplungsschalters umfassen, nachdem er infolge des zweiten Fehlerfalles ausgeschaltet blieb und für eine Zeitspanne, während der ein Teil an Energie darin verbraucht wurde, der seinem maximal bemessenen Verlustenergieteil entspricht oder kleiner als dieser ist, im Lawinenmodus gearbeitet hat.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein derartiges Ansteuern des Entkopplungsschalters nach seinem Ausschalten infolge des zweiten Fehlerfalles in einer getakteten Weise umfassen, dass er hintereinander eingeschaltet und ausgeschaltet wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein derartiges Ansteuern des Entkopplungsschalters in der getakteten Weise aufweisen, dass ein Teil an Energie, der darin während der Zeit verbraucht wird, während der er ausgeschaltet bleibt und im Lawinenmodus arbeitet, seinem maximal bemessenen Verlustenergieteil entspricht oder kleiner als derselbe ist.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kann die Schaltungsanordnung ferner aufweisen: zwei weitere Schalter, die in Reihe geschaltet und in der Brückenschaltung vorgesehen sind; einen weiteren Brückenknoten, der zwischen den weiteren zwei Schaltern angeordnet ist, wobei der weitere Brückenknoten so ausgelegt ist, dass er eine weitere Phasenspannung bereitstellt; einen weiteren Entkopplungsschalter, der zwischen den weiteren Brückenknoten und eine weitere Phasenwicklung des Elektromotors gekoppelt ist, wobei die Steuerung mit dem weiteren Entkopplungsschalter und den zwei weiteren Schaltern gekoppelt sein kann; und das Verfahren ferner aufweisen kann: Ausschalten der mindestens zwei Schalter zusammen mit den zwei weiteren Schaltern im Fehlerfall; und eines von Ausschalten des weiteren Entkopplungsschalters, wobei das Ausschalten des weiteren Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der Schalter verzögert werden kann, falls die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt ist; und simultanes Ausschalten des weiteren Entkopplungsschalter und der Schalter, falls die vordefinierte Bedingung erfüllt ist; wobei die vordefinierte Bedingung erfüllt sein kann, wenn der weitere Entkopplungsschalter ausgeschaltet werden kann, ohne dauerhaften Schaden von dem Strom zu erleiden, der zu dem Zeitpunkt an ihn angelegt wird, zu dem die mindestens zwei Schalter ausgeschaltet sind.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kann ein erster Fehlerfall einem Kurzschluss entsprechen, der an einem der Schalter vorliegt.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Erkennen des ersten Fehlerfalles aufweisen, wenn die Spannung an mindestens einem der Schalter einen zweiten Schwellenwert überschreitet.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kann ein zweiter Fehlerfall einer Unterbrechung entsprechen, die an einem der Schalter vorliegt.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Erkennen des zweiten Fehlerfalles aufweisen, wenn die weitere Phasenspannung den dritten Schwellenwert überschreitet.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Ermitteln aufweisen, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn die Entkopplungsschalter robust genug sind, um einem Überspannungszustand standzuhalten, der durch die entsprechende Potenzialdifferenz zwischen Brückenknoten und Phasenwicklung verursacht wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Verfahrens können die Entkopplungsschalter als Feldeffekttransistoren ausgelegt sein, und das Verfahren kann ferner ein Ermitteln aufweisen, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn die Entkopplungsschalter in der Lage sind, einem Betrieb im Lawinenmodus standzuhalten, der durch die jeweilige Potenzialdifferenz zwischen Brückenknoten und Phasenwicklung darin induziert wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Ermitteln aufweisen, dass die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt ist, wenn der weitere Entkopplungsschalter nicht robust genug ist, um einem Überspannungszustand standzuhalten, der durch die Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial am weiteren Brückenknoten und dem Potenzial an der weiteren Phasenwicklung verursacht wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Verfahrens können die Entkopplungsschalter als Feldeffekttransistoren ausgelegt sein; und die Steuerung kann so ausgelegt sein, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt ist, wenn der weitere Entkopplungsschalter nicht in der Lage ist, einem Betrieb im Lawinenmodus standzuhalten, der durch die Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial am weiteren Brückenknoten und dem Potenzial an der weiteren Phasenwicklung darin induziert wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Verzögern des Ausschaltens des weiteren Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der Schalter bis zu einem Nulldurchgang der weiteren Phasenspannung oder eines weiteren Phasenstroms aufweisen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Verzögern des Ausschaltens des weiteren Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der Schalter umfassen, bis der Wert eines Stroms, der vom Elektromotor zum weiteren Brückenknoten rückgekoppelt wird, unter einen ersten Schwellenwert gesunken ist. Gemäß weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kann der erste Schwellenwert des Stroms, der vom Elektromotor zum weiteren Brückenknoten rückgekoppelt wird, einen mittleren Stromwert aufweisen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kann der erste Schwellenwert des Stroms, der vom Elektromotor zum weiteren Brückenknoten rückgekoppelt wird, einen Momentanwert aufweisen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Verfahrens können die Entkopplungsschalter als Feldeffekttransistoren ausgelegt sein, und das Verfahren kann ferner ein Wiedereinschalten desjenigen Entkopplungsschalters umfassen, der nach seinem Ausschalten infolge des zweiten Fehlerfalles am längsten im Lawinenmodus gearbeitet hat.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Wiedereinschalten desjenigen Entkopplungsschalters aufweisen, an den nach seinem Ausschalten infolge des zweiten Fehlerfalles die größte Phasenspannung angelegt wurde.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein derartiges Ansteuern mindestens eines der Entkopplungsschalter nach seinem Ausschalten infolge des zweiten Fehlerfalles in einer getakteten Weise aufweisen, dass er hintereinander eingeschaltet und ausgeschaltet wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Verfahrens können die Entkopplungsschalter als Feldeffekttransistoren ausgelegt sein, und das Verfahren kann ein derartiges Ansteuern des mindestens einen der Entkopplungsschalter, nachdem er infolge des zweiten Fehlerfalles ausgeschaltet wurde und im Lawinenmodus war, in einer getakteten Weise aufweisen, dass ein Teil von darin verbrauchter Energie seinem maximal bemessenen Verlustenergieteil entspricht oder kleiner als dieser ist.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, sollte von Fachleuten nachzuvollziehen sein, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzbereich der Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert, abzuweichen. Der Schutzbereich der Erfindung wird demnach durch die angehängten Ansprüche angegeben, und sämtliche Änderungen, die unter die Bedeutung und in den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sollen daher davon erfasst werden.

Claims

Schaltungsanordnung (100), aufweisend: eine Brückenschaltung, die mindestens zwei in Reihe geschaltete Schalter (102, 106) aufweist; einen Brückenknoten (104), der zwischen den mindestens zwei Schaltern (102, 106) angeordnet ist, wobei der Brückenknoten (104) so ausgelegt ist, dass er eine Phasenspannung bereitstellt; einen Elektromotor (112), der mindestens eine Phasenwicklung umfasst, die mit dem Brückenknoten (104) gekoppelt ist; einen Entkopplungsschalter (108), der zwischen den Brückenknoten (104) und den Elektromotor (112) geschaltet ist; eine Steuerung (114), die mit dem Entkopplungsschalter (108) und mit den mindestens zwei Schaltern (102, 106) gekoppelt ist, wobei die Steuerung (114) in einem Fehlerfall ausgelegt ist zum Ausschalten der mindestens zwei Schalter (102, 106), Ermitteln, ob eine vordefinierte Bedingung erfüllt ist, und zu einem Ausschalten des Entkopplungsschalters (108), wobei das Ausschalten des Entkopplungsschalters (108) in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Schalter (102, 106) verzögert wird, falls die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt ist; und/oder zu einem simultanem Ausschalten der mindestens zwei Schalter (102, 106) und des Entkopplungsschalters (108), falls die vordefinierte Bedingung erfüllt ist; wobei die Steuerung (114) so ausgelegt ist, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn der Entkopplungsschalter (108) ausgeschaltet werden kann, ohne dauerhaften Schaden von dem Strom zu erleiden, der zu dem Zeitpunkt an ihn angelegt wird, zu dem die mindestens zwei Schalter (102, 106) ausgeschaltet sind.
Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (114) so ausgelegt ist, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn der Entkopplungsschalter (108) robust genug ist, einem Überspannungszustand standzuhalten, der durch die Potenzialdifferenz zwischen dem Brückenknoten (104) und der Phasenwicklung verursacht wird.
Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Entkopplungsschalter (108) als ein Feldeffekttransistor ausgelegt ist; wobei vorzugsweise die Steuerung (114) so ausgelegt ist, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn der Entkopplungsschalter (108) in der Lage ist, Betrieb im Lawinenmodus standzuhalten, der durch die Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial am Brückenknoten (104) und dem Potenzial an der Phasenwicklung darin induziert wird.
Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerung (114) ferner so ausgelegt ist, dass sie das Potenzial an der Phasenwicklung aus der Position eines Stators in Bezug auf einen Rotor des Elektromotors (112) ermittelt.
Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuerung (114) ferner so ausgelegt ist, dass sie das Ausschalten des Entkopplungsschalters (108) in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Schalter (102, 106) bis zu einem Nulldurchgang der Phasenspannung oder des Phasenstroms verzögert.
Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerung (114) ferner so ausgelegt ist, dass sie das Ausschalten des Entkopplungsschalters (108) in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Schalter (102, 106) verzögert, bis der Wert eines Stroms, der durch den Elektromotor (112) zum Brückenknoten (104) getrieben wird, unter einen ersten Schwellenwert gesunken ist.
Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuerung (114) ferner so ausgelegt ist, dass sie einen ersten Fehlerfall erkennt, wenn die Spannung an mindestens einem der mindestens zwei Schalter (102, 106) einen zweiten Schwellenwert überschreitet.
Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuerung (114) ferner so ausgelegt ist, dass sie einen zweiten Fehlerfall erkennt, wenn die Phasenspannung einen dritten Schwellenwert über- oder unterschreitet.
Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 8, wobei der Entkopplungsschalter (108) als ein Feldeffekttransistor ausgelegt ist; und wobei die Steuerung (114) ferner so ausgelegt ist, dass sie den Entkopplungsschalter (108) wieder einschaltet, nachdem er infolge des zweiten Fehlerfalles ausgeschaltet blieb und für eine Zeitspanne, während der ein Teil an Energie darin verbraucht wurde, der seinem maximal bemessenen Verlustenergieteil entspricht oder kleiner als dieser ist, im Lawinenmodus gearbeitet hat.
Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Steuerung (114) ferner so ausgelegt ist, dass sie den Entkopplungsschalter (108) nach seinem Ausschalten infolge des zweiten Fehlerfalles in einer getakteten Weise derart ansteuert, dass er hintereinander eingeschaltet und ausgeschaltet wird; wobei vorzugsweise die Steuerung (114) ferner so ausgelegt ist, dass sie den Entkopplungsschalter (108) in der getakteten Weise derart ansteuert, dass ein Teil an Energie, der darin während der Zeit verbraucht wird, während der er ausgeschaltet bleibt und im Lawinenmodus arbeitet, seinem maximal bemessenen Verlustenergieteil entspricht oder kleiner als dieser ist.
Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend: zwei weitere Schalter, die in Reihe geschaltet und in der Brückenschaltung vorgesehen sind; einen weiteren Brückenknoten, der zwischen den weiteren zwei Schaltern angeordnet ist, wobei der weitere Brückenknoten so ausgelegt ist, dass er eine weitere Phasenspannung bereitstellt; einen weiteren Entkopplungsschalter (108), der zwischen den weiteren Brückenknoten und eine weitere Phasenwicklung des Elektromotors (112) gekoppelt ist, wobei die Steuerung (114) mit dem weiteren Entkopplungsschalter und den zwei weiteren Schaltern gekoppelt ist; wobei die Steuerung (114) im Fehlerfall ausgelegt ist zum Ausschalten der mindestens zwei Schalter (102, 106) zusammen mit den weiteren zwei Schaltern; und zu einem Ausschalten des weiteren Entkopplungsschalters, wobei das Ausschalten des weiteren Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der Schalter (102, 106) verzögert wird, falls die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt ist, und/oder zu einem simultanem Ausschalten des Entkopplungsschalters (108) und der Schalter (102, 106), falls die vordefinierte Bedingung erfüllt ist; wobei die Steuerung (114) so ausgelegt ist, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn der weitere Entkopplungsschalter ausgeschaltet werden kann, ohne dauerhaften Schaden von dem Strom zu erleiden, der zu dem Zeitpunkt an ihn angelegt wird, zu dem die mindestens zwei Schalter (102, 106) ausgeschaltet sind; wobei vorzugsweise ein erster Fehlerfall einem Kurzschluss entspricht, der an einem der Schalter (102, 106) vorliegt.
Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 11, wobei die Steuerung (114) ferner so ausgelegt ist, dass sie einen ersten Fehlerfall erkennt, wenn die Spannung an mindestens einem der Schalter (102, 106) einen zweiten Schwellenwert überschreitet.
Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 11 oder 12, wobei ein zweier Fehlerfall einer Unterbrechung entspricht, die an einem der Schalter (102, 106) vorliegt; wobei vorzugsweise die Steuerung (114) so ausgelegt ist, dass sie den zweiten Fehlerfall erkennt, wenn die weitere Phasenspannung einen dritten Schwellenwert über- oder unterschreitet.
Schaltung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Steuerung (114) so ausgelegt ist, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn die Entkopplungsschalter (108) robust genug sind, einem Überspannungszustand standzuhalten, der durch die entsprechende Potenzialdifferenz zwischen Brückenknoten (104) und Phasenwicklung verursacht wird.
Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Entkopplungsschalter (108) als Feldeffekttransistoren ausgelegt sind; und wobei die Steuerung (114) so ausgelegt ist, dass sie ermittelt, dass die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn die Entkopplungsschalter (108) in der Lage sind, Betrieb im Lawinenmodus standzuhalten, der durch die jeweilige Potenzialdifferenz zwischen Brückenknoten (104) und Phasenwicklung darin induziert wird.
Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Steuerung (114) ferner so ausgelegt ist, dass sie das Ausschalten des weiteren Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der Schalter (102, 106) bis zu einem Nulldurchgang der weiteren Phasenspannung oder eines weiteren Phasenstroms verzögert.
Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Steuerung (114) ferner so ausgelegt ist, dass sie das Ausschalten des weiteren Entkopplungsschalters in Bezug auf das Ausschalten der Schalter (102, 106) verzögert, bis der Wert eines Stroms, der vom Elektromotor (112) zum weiteren Brückenknoten rückgekoppelt wird, unter einen ersten Schwellenwert gesunken ist.
Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Entkopplungsschalter (108) als Feldeffekttransistoren ausgelegt sind, und wobei die Steuerung (114) ferner so ausgelegt ist, dass sie denjenigen Entkopplungsschalter (108) wieder einschaltet, der nach seinem Ausschalten infolge des zweiten Fehlerfalles am längsten im Lawinenmodus gearbeitet hat.
Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Steuerung (114) so ausgelegt ist, dass sie denjenigen Entkopplungsschalter (108) wieder einschaltet, an den nach seinem Ausschalten infolge des zweiten Fehlerfalles die größte Phasenspannung angelegt wurde.
Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei die Entkopplungsschalter (108) als Feldeffekttransistoren ausgelegt sind; und wobei die Steuerung (114) so ausgelegt ist, dass sie den mindestens einen der Entkopplungsschalter (108), nachdem er infolge des zweiten Fehlerfalles ausgeschaltet wurde und im Lawinenmodus arbeitete, in einer getakteten Weise derart ansteuert, dass ein Teil an darin verbrauchter Energie seinem maximal bemessenen Verlustenergieteil entspricht oder kleiner als dieser ist.
Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei die Steuerung (114) ferner so ausgelegt ist, dass sie mindestens zwei Schalter (102, 106) in einer ausschließlichen Weise einschaltet und ausschaltet, die im Lawinenmodus gearbeitet haben, wobei mindestens einer der Schalter (102, 106) ein Entkopplungsschalter (108) ist.
Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung (100), wobei die Schaltungsanordnung (100) aufweist: eine Brückenschaltung, die mindestens zwei in Reihe geschaltete Schalter (102, 106) aufweist; einen Brückenknoten (104), der zwischen den mindestens zwei Schaltern (102, 106) angeordnet ist, wobei der Brückenknoten (104) so ausgelegt ist, dass er eine Phasenspannung bereitstellt; einen Elektromotor (112), der mindestens eine Phasenwicklung aufweist, die mit dem Brückenknoten (104) gekoppelt ist; einen Entkopplungsschalter (108), der zwischen den Brückenknoten (104) und den Elektromotor (112) geschaltet ist; eine Steuerung (114), die mit dem Entkopplungsschalter (108) und mit den mindestens zwei Schaltern (102, 106) gekoppelt ist; und wobei das Verfahren aufweist: Ausschalten der mindestens zwei Schalter (102, 106) in einem Fehlerfall; Ermitteln, ob eine vordefinierte Bedingung erfüllt ist; und ein Ausschalten des Entkopplungsschalters (108), wobei das Ausschalten des Entkopplungsschalters (108) in Bezug auf das Ausschalten der mindestens zwei Schalter (102, 106) verzögert wird, falls die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt ist; und/oder ein simultanem Ausschalten der mindestens zwei Schalter (102, 106) und des Entkopplungsschalters (108), falls die vordefinierte Bedingung erfüllt ist; wobei die vordefinierte Bedingung erfüllt ist, wenn der Entkopplungsschalter (108) ausgeschaltet werden kann, ohne dauerhaften Schaden von dem Strom zu erleiden, der zu dem Zeitpunkt an ihn angelegt wird, zu dem die mindestens zwei Schalter (102, 106) ausgeschaltet sind.