DE102015116690A1

DE102015116690A1 - Dynamisches IGBT-Gate-Ansteuern für Fahrzeugtraktionsumrichter

Info

Publication number: DE102015116690A1
Application number: DE102015116690.9A
Authority: DE
Inventors: Hongjie Wu; Shahram Zarei; Shailesh Shrikant Kozarekar; Dong Cao; Lihua Chen; Yuqing Tang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-10-06
Filing date: 2015-10-01
Publication date: 2016-04-07
Also published as: CN105490510B; US10491095B2; CN105490510A; US20160099665A1

Abstract

Ein Hybridelektrofahrzeug enthält eine Traktionsbatterie, einen Traktionsmotor und einen dazwischenliegenden Leistungsumrichter. Der Leistungsumrichter wandelt die Gleichstromleistung der Traktionsbatterie in Wechselstromleistung, um jede Phase des Traktionsmotors anzusteuern. Der Leistungsumrichter enthält Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs), um die Leistung zum Traktionsmotor zu modulieren. Die Geschwindigkeit, mit der die IGBTs moduliert werden, beeinflusst die Systemleistung einschließlich Leistungsverlust, Spannungsüberschwingen und Stromüberschwingen. Unter Verwendung eines Dual-Emitter-IGBTs zum Bereitstellen eines Stromspiegels des Ansteuerstroms können Schaltkreise mit den Gate-Ansteuerschaltkreisen verwendet werden, so dass die Gate-Ansteuergeschwindigkeit dynamisch auf Basis von Charakteristika, einschließlich Temperatur und Rotationsgeschwindigkeit des Traktionsmotors, angepasst werden kann.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Diese Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf das Steuern eines IGBT in einem Traktionsumrichter auf Basis von Charakteristika einschließlich eines Spiegelstroms, einer IGBT-Temperatur und einer Traktionsmotorrotationsgeschwindigkeit.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Hybridelektrische und reine Elektrofahrzeuge sind auf eine Traktionsbatterie angewiesen, die einem Traktionsmotor Leistung zum Antrieb bereitstellt, und einen dazwischenliegenden Leistungsumrichter, um die Batteriegleichstromleistung in die vom Motor verwendete Wechselstromleistung umzuwandeln. Der typische Wechselstrom-Traktionsmotor ist ein dreiphasiger Motor, der von 3 sinusförmigen Signalen angetrieben werden kann, die mit jeweils 120 Grad Phasenverschiebung angesteuert werden. Die Traktionsmotoren können hohe Spannungen und hohe Ströme erfordern. Aufgrund der Spannungs-, Strom- und Schaltanfordungen wird typischerweise ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT, Insulated Gate Bipolar Junction Transistor) zum Erzeugen der Signale im Leistungsumrichter verwendet.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Umrichtersteuerung enthält einen Dual-Emitter-IGBT mit einem Gate, einem ersten Emitter und einem zweiten Emitter. Der erste Emitter kann dazu ausgelegt sein, einen Laststrom fließen zu lassen, und der zweite Emitter kann dazu ausgelegt sein, einen zum Laststrom proportionalen Spiegelstrom fließen zu lassen. Die Umrichtersteuerung enthält weiterhin eine Gate-Ansteuerung, die mit dem Gate verschaltet ist und die dazu ausgelegt ist, mehrere Ströme fließen zu lassen, eine Pufferschaltung zur Ausgabe eines gepufferten Signals auf Basis des Spiegelstroms und eine Latch-Schaltung zur Ausgabe eines Signals, um die Gate-Ansteuerung dazu zu konfigurieren, einen aus den mehreren Strömen ausgewählten Strom als Reaktion auf das gepufferte Signal und eine über einem Schwellenwert liegende Gate-Spannung fließen zu lassen.
Eine Umrichtersteuerung enthält einen IGBT mit einem Gate, einem ersten Emitter und einem zweiten Emitter und ist so ausgelegt, dass ein aus dem ersten Emitter fließender Spiegelstrom proportional zu einem aus dem zweiten Emitter fließenden Laststrom ist. Die Umrichtersteuerung enthält weiterhin eine einstellbare Strom-Spannungs-Steuereinrichtung, die mit dem Gate verschaltet ist, und wenigstens eine Steuerung, die dazu programmiert ist, einen Stromfluss aus der einstellbaren Strom-Spannungs-Steuereinrichtung auf Basis des Spiegelstroms zu ändern.
Ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugumrichters beinhaltet das Anlegen einer Gate-Spannung an einen IGBT, der einen ersten und zweiten Emitter enthält, um einen Stromfluss zu bewirken, das Abtasten einer Spiegelstromausgabe aus dem zweiten IGBT-Emitter, die proportional zu einer Ansteuerstromausgabe aus dem ersten IGBT-Emitter ist, als Reaktion auf die Gate-Spannung, und das Ändern des Stromflusses zum Gate als Reaktion auf den Spiegelstrom und die Gate-Spannung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine grafische Darstellung eines beispielhaften Hybridfahrzeugs, die typische Antriebsstrang- und Energiespeicherkomponenten mit einem dazwischenliegenden Leistungsumrichter veranschaulicht.
2 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftfahrzeug-Elektromotorumrichters.
3 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anordnung einer IGBT-Ansteuerung mit Spiegelstromrückkopplung.
4 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anordnung einer IGBT-Ansteuerung mit Spiegelstromrückkopplung und Temperaturrückkopplung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich allerdings, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und dass andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Daher sind hier offenbarte, spezifische strukturelle und funktionale Details nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine typische Grundlage, um einen Fachmann von verschiedenen Anwendungen der vorliegenden Erfindung zu unterrichten. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, können verschiedene, mit Bezug auf jede der Figuren veranschaulichte und beschriebene Merkmale mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen herzustellen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen bezeichnende Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten allerdings für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungsformen erwünscht sein.
1 zeigt ein typisches Hybridelektrofahrzeug (HEV) 112. Das Hybridelektrofahrzeug 112 kann eine oder mehrere Elektromaschinen 114 umfassen, die mit einem Hybridgetriebe 116 gekoppelt sind. Die Elektromaschinen 114 können in der Lage sein, als ein Motor oder als ein Generator zu arbeiten. Zusätzlich ist das Hybridgetriebe 116 mit einem Motor 118 mit innerer Verbrennung (ICE, Internal Combustion Engine) gekoppelt. Das Hybridgetriebe 116 ist ebenfalls mit einer Antriebswelle 120 gekoppelt, die mit den Rädern 122 gekoppelt ist. Die Elektromaschinen 114 können Antriebs- und Entschleunigungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 118 ein- oder ausgeschaltet ist. Die Elektromaschinen 114 fungieren auch als Generatoren und können Vorteile hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs bereitstellen, indem sie Energie zurückgewinnen, die im Friktionsbremssystem normalerweise als Wärme verloren gehen würde. Die Elektromaschinen 114 können auch die Fahrzeugemissionen reduzieren, indem sie es dem Verbrennungsmotor 118 gestatten, unter effizienteren Bedingungen (Verbrennungsmotordrehzahl und -lasten) zu arbeiten, und indem sie es dem Hybridelektrofahrzeug 112 gestatten, unter gewissen Bedingungen im elektrischen Modus mit ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 118 betrieben zu werden.
Eine Traktionsbatterie oder der Batteriesatz 124 speichern Energie, die von den Elektromaschinen 114 verwendet werden kann. Ein Fahrzeugbatteriesatz 124 stellt typischerweise eine Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe bereit. Die Traktionsbatterie 124 ist mit einem oder mehreren leistungselektronischen Modulen elektrisch verbunden. Eines oder mehrere Schütze 142 können die Traktionsbatterie 124 von anderen Komponenten entkoppeln, wenn sie geöffnet sind, und die Traktionsbatterie 124 mit anderen Komponenten verbinden, wenn sie geschlossen sind. Das leistungselektronische Modul 126 ist ebenfalls mit den Elektromaschinen 114 elektrisch verbunden und stellt die Fähigkeit zur bidirektionalen Energieübertragung zwischen der Traktionsbatterie 124 und den Elektromaschinen 114 bereit. Zum Beispiel kann eine typische Traktionsbatterie 124 eine Gleichspannung bereitstellen, während die Elektromaschinen 114 zum Funktionieren möglicherweise einen dreiphasigen Wechselstrom benötigen. Das leistungselektronische Modul 126 kann die Gleichspannung umwandeln, um einen dreiphasigen Wechselstrom zu produzieren, der von den Elektromaschinen 114 verwendet wird. In einem Generatormodus kann das leistungselektronische Modul 126 den dreiphasigen Wechselstrom aus den Elektromaschinen 114, die als Generatoren fungieren, in eine Gleichspannung umwandeln, um die Traktionsbatterie 124 aufzuladen. Die Beschreibung hier ist gleichermaßen auf ein reines Elektrofahrzeug anwendbar. Bei einem reinen Elektrofahrzeug kann das Hybridgetriebe 116 ein Getriebe sein, das mit einer Elektromaschine 114 verbunden ist, und der Verbrennungsmotor 118 ist möglicherweise nicht vorhanden. Das leistungselektronische Modul 126 kann weiterhin einen Gleichspannungswandler mit Hochleistungsschaltern (z. B. IGBTs) enthalten, um eine Eingangsspannung des leistungselektronischen Moduls über Hochsetzen, Tiefsetzen oder eine Kombination daraus in eine Ausgangsspannung des leistungselektronischen Moduls umzuwandeln.
Zusätzlich dazu, dass die Traktionsbatterie 124 Energie für den Antrieb bereitstellt, kann sie Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein Fahrzeug kann ein Gleichspannungswandlermodul 128 enthalten, das die Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe der Traktionsbatterie 124 in eine Niederspannungs-Gleichstrom-Versorgung umwandelt, die kompatibel mit anderen Fahrzeuglasten ist. Andere elektrische Hochspannungslasten 146, wie zum Beispiel Verdichter und elektrische Heizungen, können direkt mit der Hochspannung verbunden sein, ohne die Verwendung eines Gleichspannungswandlermoduls 128. Die elektrischen Lasten 146 können eine verknüpfte Steuerung aufweisen, die die elektrische Last 146 betreibt, wenn es angemessen ist. Die Niederspannungssysteme können elektrisch mit einer Hilfsbatterie 130 (z. B. einer 12-V-Batterie) verbunden sein. Das Gleichspannungswandlermodul 128 kann Hochleistungsschalter (z. B. IGBTs) enthalten, um eine Eingangsspannung des Gleichspannungswandlermoduls über Hochsetzen, Tiefsetzen oder eine Kombination daraus in eine Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlermoduls umzuwandeln. Das Gleichspannungswandlermodul 128 kann auch bidirektional arbeiten.
Das Fahrzeug 112 kann ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein, bei dem die Traktionsbatterie 124 durch eine externe Leistungsquelle 136 wieder aufgeladen werden kann. Die externe Leistungsquelle 136 kann eine Verbindung zu einer Steckdose sein. Die externe Leistungsquelle 136 kann elektrisch mit Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) 138 verbunden sein. Das EVSE 138 kann Schaltkreise und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von Energie zwischen der Leistungsquelle 136 und dem Fahrzeug 112 zu regeln und zu managen. Die externe Leistungsquelle 136 kann dem EVSE 138 elektrische Gleichstrom- oder Wechselstromleistung bereitstellen. Das EVSE 138 kann einen Ladeverbinder 140 zum Einstecken in einen Ladeport 134 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeport 134 kann irgendeine Portart sein, die dazu ausgelegt ist, Leistung vom EVSE 138 zum Fahrzeug 112 zu übertragen. Der Ladeport 134 kann mit einem Ladegerät oder einem On-Board-Leistungswandlungsmodul 132 elektrisch verbunden sein. Das Leistungswandlungsmodul 132 kann die aus dem EVSE 138 zugeführte Leistung konditionieren, um der Traktionsbatterie 124 die korrekten Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungswandlungsmodul 132 kann Hochleistungsschalter (z. B. IGBTs) enthalten, um eine Eingangsspannung des Wandlermoduls über Hochsetzen, Tiefsetzen oder eine Kombination daraus in eine Ausgangsspannung des Wandlermoduls umzuwandeln. Der EVSE-Verbinder 140 kann Pins aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen am Ladeport 134 ineinandergreifen. Alternativ können verschiedene Komponenten, die als elektrisch verbunden beschrieben werden, Leistung unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung übertragen.
Die verschiedenen erörterten Komponenten können eine oder mehrere verknüpfte Steuerungen zum Steuern und Überwachen des Betriebs der Komponenten aufweisen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder über diskrete Leiter in Verbindung stehen. Zusätzlich kann eine Systemsteuerung 148 vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren. Eine Traktionsbatterie 124 kann aus den unterschiedlichsten chemischen Formulierungen aufgebaut sein. Typische Batteriesatz-Chemien können Blei-Säure, Nickel-Metallhydrid (NiMH) oder Lithium-Ionen sein.
Mit Bezug auf 2 wird ein System 210 zum Steuern eines Leistungswandlersystems 212 bereitgestellt. Das Leistungswandlersystem 212 aus 2 wird so gezeigt, dass es einen Umrichter 214 mit einem ersten, zweiten und dritten Halbbrückenzweig 216, 218, 220 enthält. Obwohl der Umrichter 214 als ein dreiphasiger Umrichter gezeigt wird, kann der Umrichter 214 zusätzliche Halbbrückenzweige enthalten. Zum Beispiel kann der Umrichter 214 ein vierphasiger Umrichter, ein fünfphasiger Umrichter, ein sechsphasiger Umrichter usw. sein. Zusätzlich kann das Leistungswandlersystem 212 mehrere Wandler enthalten, wobei jeder Umrichter 214 im Wandlersystem 212 drei oder mehr Halbbrückenzweige enthält. Zum Beispiel kann das System 210 zwei oder mehr Umrichter 214 im Leistungswandlersystem 212 steuern. Das Wandlersystem 212 kann weiterhin einen Gleichspannungswandler mit Hochleistungsschaltern (z. B. IGBTs) enthalten, um eine Eingangsspannung des leistungselektronischen Moduls über Hochsetzen, Tiefsetzen oder eine Kombination daraus in eine Ausgangsspannung des leistungselektronischen Moduls umzuwandeln.
Wie in 2 gezeigt wird, kann der Umrichter 214 ein Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichter sein. Im Betrieb nimmt der Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichter Gleichstromleistung aus einer Gleichstrom-Leistungsverbindung 222 über einen Gleichstrombus 224 auf und wandelt die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung um. Die Wechselstromleistung wird über die Phasenströme i_a, i_b und i_c übertragen, um eine Wechselstrommaschine 226 anzusteuern, wie zum Beispiel einen dreiphasigen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM), wie in 2 gezeigt wird. In einem solchen Beispiel kann die Gleichstromleistungsverbindung 222 eine Gleichstromspeicherbatterie enthalten, um Gleichstromleistung für den Gleichstrombus 224 bereitzustellen. In einem anderen Beispiel kann der Umrichter 214 als ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler arbeiten, der Wechselstromleistung aus der Wechselstrommaschine 226 (z. B. einem Generator) in Gleichstromleistung umwandelt, die der Gleichstrombus 224 der Gleichstromleistungsverbindung 222 bereitstellen kann. Weiterhin kann das System 210 das Leistungswandlersystem 212 in anderen leistungselektronischen Topologien steuern.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2: Jeder der Halbbrückenzweige 216, 218, 220 im Umrichter 214 enthält Leistungsschalter 228, die durch verschiedene Arten von steuerbaren Schaltern umgesetzt sein können. In einer Ausführungsform kann jeder Leistungsschalter 228 eine Diode und einen Transistor (z. B. einen IGBT) enthalten. Die Dioden in 2 werden mit D_a1, D_a2, D_b1, D_b2, D_c1 und D_c2 bezeichnet, während die IGBTs in 2 entsprechend mit S_a1, S_a2, S_b1, S_b2, S_c1 und S_c2 bezeichnet werden. Die Leistungsschalter mit S_a1, S_a2, D_a1 und D_a2 sind Teil des Halbbrückenzweiges A des dreiphasigen Wandlers, der in 2 als der erste Halbbrückenzweig 216 bezeichnet wird. Gleichermaßen sind die Leistungsschalter mit S_b1, S_b2, D_b1 und D_b2 Teil des Halbbrückenzweigs B, und die Leistungsschalter mit S_c1, S_c2, D_c1 und D_c2 sind Teil des Halbbrückenzweigs C des dreiphasigen Wandlers. Der Umrichter 214 kann irgendeine Anzahl von Leistungsschaltern 228 oder Schaltungselementen enthalten, abhängig von der jeweiligen Konfiguration des Umrichters 214.
Wie in 2 veranschaulicht wird, werden die Stromsensoren CS_a, CS_b und CS_c bereitgestellt, um Stromfluss in den jeweiligen Halbbrückenzweigen 216, 218, 220 abzutasten. 2 zeigt die Stromsensoren CS_a, CS_b und CS_c getrennt vom Leistungswandlersystem 212. Allerdings können die Stromsensoren CS_a, CS_b und CS_c als Teil des Leistungswandlersystems 212, abhängig von seiner Konfiguration, integriert sein. Die Stromsensoren CS_a, CS_b und CS_c aus 2 sind mit jedem der Halbbrückenzweige A, B und C (d. h. die Halbbrückenzweige 216, 218, 220 in 2) in Reihe verbaut und stellen die entsprechenden Rückkopplungssignale i_as, i_bs und i_cs (ebenfalls in 2 veranschaulicht) für das System 210 bereit. Die Rückkopplungssignale i_as, i_bs und i_cs können unbearbeitete Stromsignale sein, die von der Logikeinrichtung (LD) 230 verarbeitet werden, oder sie können mit Daten oder Informationen über den Stromfluss durch die jeweiligen Halbbrückenzweige 216, 218, 220 eingebettet oder codiert sein. Auch können die Leistungsschalter 228 (z. B. IGBTs) Stromabtastfähigkeit beinhalten. Die Stromabtastfähigkeit kann beinhalten, mit einem Stromspiegelausgang konfiguriert zu sein, der Daten/Signale bereitstellen kann, die i_as, i_bs und i_cs darstellen. Die Daten/Signale können eine Stromflussrichtung, eine Stromflussgröße oder sowohl die Richtung als auch die Größe des Stromflusses durch die jeweiligen Halbbrückenzweige A, B und C angeben.
Wiederum mit Bezug auf 2: Das System 210 enthält eine Logikeinrichtung (LD) oder Steuerung 230. Die Steuerung oder LD 230 kann durch verschiedene Arten oder Kombinationen elektronischer Einrichtungen und/oder durch Computer oder Steuerungen auf Mikroprozessorbasis umgesetzt werden. Um ein Verfahren zum Steuern des Leistungswandlersystems 212 umzusetzen, kann die Steuerung 230 ein Computerprogramm oder einen Algorithmus ausführen, der mit dem Verfahren eingebettet oder codiert ist und in flüchtigem und/oder permanentem Speicher 234 gespeichert wird. Alternativ kann Logik in diskreter Logik, einem Mikroprozessor, einem Mikrocontroller oder einem Logik- oder Gate-Array codiert werden, die auf einem oder mehreren integrierten Schaltungs-Chips gespeichert wird. Wie in der Ausführungsform in 2 gezeigt wird, nimmt die Steuerung 230 die Rückkopplungssignale i_as, i_bs und i_cs auf und verarbeitet sie, um die Phasenströme i_a, i_b und i_c zu steuern, so dass die Phasenströme i_a, i_b und i_c durch die Halbbrückenzweige 216, 218, 220 und in die jeweiligen Wicklungen der Wechselstrommaschine 226 gemäß verschiedenen Strom- oder Spannungsmustern fließen. Zum Beispiel können Strommuster Muster von Phasenströmen i_a, i_b und i_c beinhalten, die in den Gleichstrombus 224 oder einen Gleichstrombuskondensator 232 hinein- und hinausfließen. Der Gleichstrombuskondensator 232 aus 2 wird getrennt vom Leistungswandlersystem 212 gezeigt. Allerdings kann der Gleichstrombuskondensator 232 als Teil des Leistungswandlersystems 212 integriert sein.
Wie in 2 gezeigt wird, kann ein Speichermedium 234 (nachstehend „Speicher“), wie zum Beispiel computerlesbarer Speicher, das mit dem Verfahren eingebettete oder codierte Computerprogramm oder den Algorithmus speichern. Zusätzlich kann der Speicher 234 Daten oder Informationen über die verschiedenen Betriebsbedingungen oder die Komponenten im Leistungswandlersystem 212 speichern. Zum Beispiel kann der Speicher 234 Daten oder Informationen über den Stromfluss durch die jeweiligen Halbbrückenzweige 216, 218, 220 speichern. Der Speicher 234 kann Teil der Steuerung 230 sein, wie in 2 gezeigt wird. Allerdings kann der Speicher 234 an irgendeiner geeigneten Stelle positioniert sein, auf die die Steuerung 230 zugreifen kann.
Wie in 2 veranschaulicht wird, überträgt die Steuerung 230 wenigstens ein Steuersignal 236 zum Leistungswandlersystem 212. Das Leistungswandlersystem 212 nimmt das Steuersignal 236 auf, um die Schaltkonfiguration des Umrichters 214 zu steuern und damit den Stromfluss durch die jeweiligen Halbbrückenzweige 216, 218 und 220. Die Schaltkonfiguration ist ein Satz von Schaltzuständen der Leistungsschalter 228 im Umrichter 214. Im Allgemeinen bestimmt die Schaltkonfiguration des Umrichters 214, wie der Umrichter 214 Leistung zwischen der Gleichstromleistungsverbindung 222 und der Wechselstrommaschine 226 umwandelt.
Um die Schaltkonfiguration der Umrichters 214 zu steuern, ändert der Umrichter 214 den Schaltzustand jedes Leistungsschalters 228 im Umrichter 214 auf Basis des Steuersignals 236 entweder in einen EIN-Zustand oder in einen AUS-Zustand. In der veranschaulichten Ausführungsform steuert der Umrichter 214, um den Leistungsschalter 228 entweder in den EIN- oder in den AUS-Zustand zu schalten, die an jeden Leistungsschalter 228 angelegte Gate-Spannung (Vg) und demzufolge den Schaltzustand jedes Leistungsschalters 228. Die Gate-Spannungen Vg_a1, Vg_a2, Vg_b1, Vg_b2, Vg_c1 und Vg_c2 (gezeigt in 2) steuern den Schaltzustand und die Charakteristika des jeweiligen Leistungsschalters 228. Obwohl der Umrichter 214 in 2 als eine spannungsgesteuerte Einrichtung gezeigt wird, kann der Umrichter 214 eine stromgesteuerte Einrichtung sein oder durch andere Strategien gesteuert werden, die den Leistungsschalter 228 zwischen EIN- und AUS-Zuständen schalten. Die Steuerung 230 kann das Gate-Ansteuern für jeden IGBT auf Basis der Rotationsgeschwindigkeit der Wechselstrommaschine 226, des Spiegelstroms oder einer Temperatur des IGBT-Schalters ändern. Die Änderung des Gate-Ansteuerns kann anhand mehrerer Gate-Ansteuerströme ausgewählt werden, bei denen die Änderung des Gate-Ansteuerstroms proportional zu einer Änderung der IGBT-Schaltgeschwindigkeit ist.
Wie in 2 auch gezeigt wird, enthält jeder Halbbrückenzweig 216, 218 und 220 zwei Schalter 228. Allerdings kann sich nur ein Schalter in jedem der Stränge 216, 218, 220 im EIN-Zustand befinden, ohne die Gleichstromleistungsverbindung 222 kurzzuschließen. Somit ist der Schaltzustand des unteren Schalters in jedem Halbbrückenzweig typischerweise entgegengesetzt zum Schaltzustand des entsprechenden oberen Schalters. Folglich steht ein HIGH-Zustand eines Halbbrückenzweigs im Bezug zum oberen Schalter im Strang im EIN-Zustand mit dem unteren Schalter im AUS-Zustand. Gleichermaßen steht ein LOW-Zustand des Halbbrückenzweigs im Bezug zum oberen Schalter im Strang im AUS-Zustand mit dem unteren Schalter im EIN-Zustand. Im Ergebnis können IGBT mit Stromspiegelfähigkeit alle IGBTs, eine IGBT-Untermenge (z. B. S_a1, S_b1, S_c1) oder ein einzelner IGBT sein.
Es kann während eines aktiven Zustands des in 2 veranschaulichten Beispiels für einen dreiphasigen Wandler zu zwei Situationen kommen: (1) zwei Halbbrückenzweige sind im HIGH-Zustand, während der dritte Halbbrückenzweig sich im LOW-Zustand befindet, oder (2) ein Halbbrückenzweig ist im HIGH-Zustand, während sich die beiden anderen Halbbrückenzweige im LOW-Zustand befinden. Somit befindet sich ein Halbbrückenzweig im dreiphasigen Wandler, der als die „Referenz“-Phase für einen spezifischen, aktiven Zustand des Umrichters 214 definiert sein kann, in einem Zustand entgegengesetzt zu dem der beiden anderen Halbbrückenzweigen oder „Nicht-Referenz“-Phasen, die den gleichen Zustand aufweisen. Folglich befinden sich die beiden Nicht-Referenz-Phasen während eines aktiven Zustands des Umrichters 214 entweder beide im HIGH-Zustand oder beide im LOW-Zustand.
3 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anordnung einer Schalteransteuerung mit einer Spiegelstromrückkopplung 300. Der Schalter 304 kann einen MOSFET, einen IGBT oder einen ähnlichen Halbleiterschalter enthalten. Der Schalter kann monolithisch oder als ein Multi-Chip-Modul strukturiert sein. Der Schalter ist dazu ausgelegt einen Laststrom (I_Load) 320 und einen Spiegelstrom (I_mirror) 332 anzusteuern. Der Laststrom kann verwendet werden, um einen Traktionsmotor als Teil eines Umrichters anzusteuern, oder er kann verwendet werden, um den Laststrom in einen Induktor als Teil eines Gleichspannungsleistungswandlers zu schalten. Die Betätigung des Schalters 304 wird von einer Steuerung 312 gesteuert. Die Steuerung kann ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine programmierbare Logikeinrichtung (PLD) sein, oder sie kann diskrete analoge oder digitale Schaltkreise sein. Die Steuerung kann ein Modulationssignal in einer Form, wie zum Beispiel als eine Impulsfolge, in Pulsweitenmodulationsform (PWM) oder Ähnlichem, produzieren, um die Gate-Modulation zu steuern.
Das Modulationssignal kann dann in einer Gate-Ansteuer-Konditionierungssteuerschaltung 310 von einem Mikroprozessor, Mikrocontroller, ASIC, PLD, diskreten analogen Schaltkreisen oder diskreten digitalen Schaltkreisen, entwickelt werden. Ein Eingang der Gate-Ansteuer-Konditionierungsschaltung 310 kann ein Charakteristik enthalten, wie zum Beispiel den Spiegelstrom 332, eine Schaltertemperatur oder eine Spannung über dem Schalter, die zu einem mit der Schalterbetätigung verknüpften Zeitpunkt bestimmt wird. Der mit dem Schalter verknüpfte Zeitpunkt kann einen Zeitpunkt beinhalten, zu dem der Schalter aktiviert ist und Strom durchlässt, oder einen vorbestimmten Zeitpunkt, bevor oder nachdem der Schalter aktiviert oder deaktiviert wird. Der Ausgang der Gate-Ansteuer-Konditionierungssteuerschaltung 310 ist die Gate-Ansteuerschaltung 302.
Die Gate-Ansteuerschaltung kann einen Transistor 314 und einen strombegrenzenden Widerstand 320 enthalten, um einen Strom am Gate des Schalters 304 anzusteuern oder aufzuschalten. Dies wird üblicherweise als eine High-Side-Ansteuerung bezeichnet, weil sie das Gate des IGBT 304 mit Leistung (V_cc) verbindet. Gleichermaßen kann die Gate-Ansteuerschaltung einen Transistor 316 und einen strombegrenzenden Widerstand 318 enthalten, um einen Strom aus dem Gate des Schalters 304 zu ziehen oder zu extrahieren. Die Transistoren (314, 316) können komplementäre Transistoren (z. B. n-Kanal-MOSFET und p-Kanal-MOSFET, npn-BJT und pnp-BJT oder ähnliche) sein, oder sie können beide ähnlicher Struktur (z. B. n-Kanal-MOSFETs, npn-BJTs) sein, wobei die Gate-Flanken-Konditionierungsschaltung 310 eine Ladungspumpe enthält, um die Spannungs- und Strombedürfnisse der Transistoren (z. B. des n-Kanal-MOSFETs) zu erfüllen. Auf Basis der Spannung V_cc, des Transistors 314, des Widerstands 320 und des Potentials des Schalters kann ein Gate-Strom 334 zum Gate des Schalters 304 fließen. Die Rate, mit der der Strom zum Gate fließt, ist proportional zur Geschwindigkeit, mit der der Schalter zwischen dem AUS-Zustand und dem EIN-Zustand wechselt. Gleichermaßen kann, auf Basis der Spannung V_ee, des Transistors 316, des Widerstands 318 und des Potentials des Schalters ein Gate-Strom 334 aus dem Gate des Schalters 304 fließen. Die Rate, mit der der Strom aus dem Gate fließt, ist proportional zur Geschwindigkeit, mit der der Schalter zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand wechselt.
Typischerweise sind Gate-Widerstände (z. B. 318, 320) im Schaltungsdesign zum Begrenzen des IGBT-Gate-Lade-/Entladestroms erforderlich. Um die IGBT-Schaltübergangsgeschwindigkeit in Form von Änderung des Laststroms 330 in Bezug zur zeitlichen Änderung (dI/dt) und von Änderung der Spannung über dem Schalter in Bezug zur zeitlichen Änderung (dV/dt) zu steuern, werden die Gate-Widerstände (z. B. 318, 320) üblicherweise konservativ gewählt. Insbesondere wird ein IGBT-Gate-Ansteuerdesign mit einem hohen Gate-Widerstandswert (z. B. 318, 320) langsame Schaltübergänge, niedriges Spannungsüberschwingen (dV/dt) und niedriges Stromüberschwingen (dI/dt) aufweisen, allerdings kann der langsame Übergang zu hohen Schaltverlusten führen. Alternativ wird ein kleiner Gate-Widerstandswert (z. B. 318, 320) einen schnelleren Schaltübergang aufweisen und einen reduzierten Leistungsverlust bereitstellen, allerdings kann der schnellere Übergang zu höherem Spannungsüberschwingen (dV/dt) und größerem Stromüberschwingen (dI/dt) führen, neben möglichen Bedenken aufgrund erhöhter elektromagnetischer Störung / elektromagnetischer Verträglichkeit (EMI/EMC). Wegen Bedenken zur Zuverlässigkeit setzen Transaktionsumrichterdesigns in der Praxis normalerweise den Gate-Widerstandswert zu hoch an, um zu garantieren, dass das aus dem Schaltübergang resultierende Spannungsüberschwingen nicht im ungünstigsten Fall die maximale IGBT-Nennspannung überschreiten sollte. Die maximale IGBT-Nennspannung ist darauf zurückzuführen, dass IGBTs empfindlich gegenüber Überspannungsspitzen sind. Falls zum Beispiel eine aus dem Schaltübergang resultierende Spannungsspitze die maximale IGBT-Nennspannung überschreitet, kann die Spannungsspitze IGBT-Lawinendurchbruch bewirken und den IGBT dauerhaft beschädigen. Der zu hoch angesetzte Gate-Widerstandswert wird die Schaltverluste des Leistungsmoduls erhöhen, und im Ergebnis wird er den Gesamtkraftstoffverbrauch des HEV beeinflussen wie auch die Schwierigkeiten beim Leistungsmodul-Kühlungsdesign vergrößern.
Eine Lösung beinhaltet eine intelligente Gate-Ansteuerschaltung, bei der die IGBT-Schaltgeschwindigkeit dynamisch optimiert werden kann. Ein Beispiel dafür wird in 3 veranschaulicht, die Schaltung 300 enthält die Gate-Ansteuerung 302, und die Gate-Ansteuerung 302 enthält einen Transistor 322 und den verknüpften Widerstand 328 parallel zum Transistor 314 und dem verknüpften Widerstand 320. Diese Parallelkonfiguration gestattet erhöhten Stromfluss zum Gate des IGBT 304. Die Erhöhung des Stromflusses zum Gate ist proportional zu einer Erhöhung der Übergangsgeschwindigkeit des IGBT. Die Erhöhung der Übergangsgeschwindigkeit ist proportional zu einer Verringerung des Schaltleistungsverlusts. Wenn der IGBT 304 mit einem erhöhten Stromfluss zum Gate eingeschaltet wird, wird ein Kanal unter dem Gate verstärkt, was es dem IGBT gestattet, in die Sättigung zu kommen, was zu einer Verringerung der Spannung (V_ce) über dem IGBT 304 führt. Die schnellere Verringerung der Spannung über dem IGBT und der verstärkte Kanal gestatten eine schnellere Erhöhung des Laststromflusses 330 und des Spiegelstromflusses 332. In diesem Beispiel werden ein Paar Transistoren (314 und 322) gezeigt, die mit verknüpften, parallel konfigurierten Widerständen (320 und 328) verbunden sind, allerdings ist diese Schaltung nicht auf diese Konfiguration beschränkt und kann mehrere Schalter (z. B. MOSFETS, BJTs) enthalten, wobei die BJTs mit verknüpften Widerständen verbunden sein können und die MOSFETs Strom direkt zum Gate des IGBT 304 fließen lassen, der durch den Kanal-Durchlasswiderstand (R_on) des MOSFET begrenzt wird.
Die Gate-Ansteuer-Konditionierungsschaltung 310 kann wenigstens ein UND-Gatter zum Ansteuern des Transistors 322 auf Basis eines Aktivierungssignals und des Modulationssignals umfassen. Die Gate-Ansteuer-Konditionierungsschaltung 310 kann ein ODER-Gatter zum Ansteuern des Transistors 324 auf Basis des invertierten Aktivierungssignals und des Modulationssignals umfassen. Gleichermaßen kann die Gate-Ansteuer-Konditionierungsschaltung 310 wenigstens einen Puffer, eine Ansteuerung, einen Drei-Zustands-Puffer, ein UND-Gatter oder ein ODER-Gatter eines invertierenden oder nicht-invertierenden Typs umfassen, um die Transistoren (314, 316, 322 und 324) auf Basis eines Aktivierungssignals und des Modulationssignals anzusteuern.
Ein komplementäres Beispiel wird ebenfalls in 3 veranschaulicht, die Schaltung 300 enthält die Gate-Ansteuerung 302, und die Gate-Ansteuerung 302 enthält einen Transistor 324 und den verknüpften Widerstand 326 parallel zum Transistor 316 und dem verknüpften Widerstand 318. Diese Parallelkonfiguration gestattet erhöhten Stromfluss aus dem Gate des IGBT 304. Die Erhöhung des Stromflusses aus dem Gate ist proportional zu einer Erhöhung der Übergangsgeschwindigkeit des IGBT. Die Erhöhung der Übergangsgeschwindigkeit ist proportional zu einer Verringerung des Schaltleistungsverlusts. Wenn der IGBT 304 mit einem erhöhten Stromfluss aus dem Gate ausgeschaltet wird, führt das Ausschalten des Schalters 304 zu einer schnelleren Erhöhung der Spannung über dem IGBT 304 und zu einer schnelleren Verringerung im Laststromfluss 330 und im Spiegelstromfluss 332.
Der Spiegelstrom 332 kann in einer Spiegelstrompufferschaltung 308 gepuffert werden, um einen gepufferten Spiegelstrom 334 zu produzieren. Die Spiegelstrompufferschaltung 308 kann einen Filter enthalten, wie zum Beispiel einen Tiefpassfilter, einen Bandpassfilter, einen Notch-Filter oder einen Hochpassfilter. Der Filter kann ein Filter mit endlicher Impulsantwort (FIR, Finite Impulse Response) sein, ein Filter mit unendlicher Impulsantwort (IIR, Infinite Impulse Response) oder ein anderer geeigneter Filter. Der gepufferte Spiegelstrom 334 kann abgetastet werden oder in einer Latch-Schaltung 306 gelatcht werden. Die Latch-Schaltung 306 kann auf der Gate-Spannung des IGBT 304 basieren. Die Latch-Schaltung 306 kann einen Filter enthalten, wie zum Beispiel einen Tiefpassfilter, einen Bandpassfilter, einen Notch-Filter oder einen Hochpassfilter, um die Gate-Spannung oder ein geeignetes Steuersignal zu filtern. Der Filter kann ein Filter mit endlicher Impulsantwort (FIR, Finite Impulse Response) sein, ein Filter mit unendlicher Impulsantwort (IIR, Infinite Impulse Response) oder ein anderer geeigneter Filter. Ein gelatchtes Pufferspiegelstromsignal 336 kann der Gate-Flanken-Konditionierungsschaltung 310 als ein Eingang bereitgestellt werden, um eine gewünschte Änderungsrate des Schalters 304 zu bestimmen. Das gelatchte Pufferspiegelstromsignal 336 kann direkt als ein Aktivierungssignal verwendet werden, um zusätzliche Stromquellen zum Ansteuern der IGBTs (z. B. 314, 316, 322 und 324) zu aktivieren, oder es kann für die Steuerung 312 eine Eingabe sein, die verwendet wird, um ein Aktivierungssignal auf Basis komplexerer Bedingungen zu erzeugen.
4 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anordnung einer IGBT-Ansteuerung mit Spiegelstromrückkopplung und Temperaturrückkopplung. Analog zu 3 beinhaltet 4 eine Stromspiegelkonfiguration, um Rückkopplung bereitzustellen und als eine Eingabe für eine Gate-Ansteuer-Konditionierungsschaltung 402 verwendet zu werden. Allerdings umfasst 4 auch einen Temperatursensor 410. Der Temperatursensor 410 kann monolithisch sein (d. h. in der gleichen Halbleitereinrichtung hergestellt), oder er kann ein separater Sensor sein, der thermisch mit dem IGBT verschaltet ist. Ein separater Sensor, der thermisch mit dem IGBT verschaltet ist, kann sich innerhalb eines Multi-Chip-Moduls (MCM) befinden oder kann ein diskreter Sensor sein, der in der Nähe zum IGBT platziert ist.
Der IGBT-Temperatursensor 410 kann ein gepuffertes IGBT-Temperatursignal 416 in einer IGBT-Temperaturpufferschaltung 414 auf Basis des Temperatursensors 410 produzieren. Die IGBT-Temperaturpufferschaltung 414 kann einen Filter enthalten, wie zum Beispiel einen Tiefpassfilter, einen Bandpassfilter, einen Notch-Filter oder einen Hochpassfilter, um das Signal aus dem Temperatursensor zu filtern. Der Filter kann ein Filter mit endlicher Impulsantwort (FIR, Finite Impulse Response) sein, ein Filter mit unendlicher Impulsantwort (IIR, Infinite Impulse Response) oder ein anderer geeigneter Filter. Das gepufferte IGBT-Temperatursignal 416 kann in einer Temperatur-Latch-Schaltung 412 abgetastet oder gelatcht werden. Die Temperatur-Latch-Schaltung 412 kann auf der Gate-Spannung des IGBT 404 basieren, oder die Steuerung 312 kann die Temperatur-Latch-Schaltung 412 steuern. Die Temperatur-Latch-Schaltung 412 kann einen Filter enthalten, wie zum Beispiel einen Tiefpassfilter, einen Bandpassfilter, einen Notch-Filter oder einen Hochpassfilter, um die Gate-Spannung oder ein geeignetes Steuersignal zu filtern. Der Filter kann ein Filter mit endlicher Impulsantwort (FIR, Finite Impulse Response) sein, ein Filter mit unendlicher Impulsantwort (IIR, Infinite Impulse Response) oder ein anderer geeigneter Filter. Ein gelatchtes IGBT-Puffertemperatursignal 418 kann der Gate-Ansteuer-Konditionierungsschaltung 402 als ein Eingang bereitgestellt werden, um eine gewünschte Änderungsrate des Schalters 404 zu bestimmen. Das gelatchte IGBT-Temperatursignal 418 kann direkt als ein Aktivierungssignal verwendet werden, um zusätzliche Stromquellen zum Ansteuern der IGBTs (z. B. 314, 316, 322 und 324) zu aktivieren, oder es kann für die Steuerung 312 eine Eingabe sein, die verwendet wird, um ein Aktivierungssignal auf Basis komplexerer Bedingungen zu erzeugen.
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können zur Ausgabe an ein verarbeitendes Bauelement, an eine Steuerung oder an einen Computer geeignet sein bzw. von diesen umgesetzt werden, wobei diese irgendeine vorhandene programmierbare elektronische Steuerungseinheit oder eine zweckmäßige elektronische Steuerungseinheit enthalten können. Analog können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die von einer Steuerung oder einem Computer in vielen Formen ausführbar sind, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Informationen, die auf nicht beschreibbaren Speichermedien dauerhaft gespeichert sind, wie zum Beispiel auf Festwertspeicher-(Read Only Memory, ROM-)Einrichtungen, und Informationen, die auf beschreibbaren Speichermedien veränderlich gespeichert sind, wie zum Beispiel auf Floppydisks, Magnetbändern, Compact Discs (CDs), Direktzugriffsspeicher(Random Access Memory, RAM-)Einrichtungen oder anderen magnetischen und optischen Medien. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem als Software ausführbaren Objekt umgesetzt werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen im Ganzen oder in Teilen unter Verwendung von geeigneten Hardware-Komponenten umgesetzt werden, wie zum Beispiel von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits, ASICs), Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs), Zustandsautomaten, Steuerungen oder anderen Hardware-Komponenten oder -Einrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten.
Obwohl oben Ausführungsbeispiele beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen, durch die Ansprüche erfassten Formen beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Begriffe sind eher beschreibende als einschränkende Begriffe, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und vom Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Die Merkmale verschiedener Ausführungsformen können, wie vorher beschrieben wurde, kombiniert werden, so dass sie weitere Ausführungsformen der Erfindung bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht werden. Obwohl verschiedene Ausführungsformen so beschrieben worden sein können, dass sie Vorteile gegenüber anderen Ausführungsformen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer Soll-Charakteristika bereitstellen bzw. diesen vorzuziehen sind, verstehen Durchschnittsfachleute, dass Kompromisse hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale oder Charakteristika eingegangen werden können, um verlangte Eigenschaften des Gesamtsystems zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzungsform abhängig sind. Diese Merkmale können Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik beschrieben werden, liegen somit nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Umrichtersteuerung, die Folgendes umfasst: einen IGBT mit einem Gate, einem ersten Emitter, der dazu ausgelegt ist, einen Laststrom fließen zu lassen, und einem zweiten Emitter, der dazu ausgelegt ist, einen zum Laststrom proportionalen Spiegelstrom fließen zu lassen; eine Gate-Ansteuerung, die mit dem Gate verschaltet ist und die dazu ausgelegt ist, mehrere Ströme fließen zu lassen; eine Pufferschaltung, die dazu ausgelegt ist, ein gepuffertes Signal auszugeben, das auf dem Spiegelstrom basiert; und eine Latch-Schaltung, die dazu ausgelegt ist, ein Signal auszugeben, um die Gate-Ansteuerung so zu konfigurieren, dass sie einen aus mehreren Strömen ausgewählten Strom als Reaktion auf das gepufferte Signal und auf eine über einem Schwellenwert liegende Gate-Spannung fließen lässt.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei die Gate-Ansteuerung mehrere MOSFETs enthält, die selektiv aktivierbar, parallel verschaltet und dazu ausgelegt sind, die mehreren Ströme bei einer Spannung bereitzustellen.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei die Gate-Ansteuerung mehrere selektiv aktivierbare Widerstände enthält.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei die Latch-Schaltung einen Filter enthält, um die Gate-Spannung zu filtern.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei die Pufferschaltung einen Tiefpassfilter enthält.
Steuerung nach Anspruch 1, die weiterhin einen Temperatursensor umfasst, der thermisch mit dem IGBT verschaltet ist, und eine Temperatur-Latch-Schaltung zur Ausgabe eines Temperatursignals, um die Gate-Ansteuerung so zu konfigurieren, dass sie einen aus den mehreren Strömen ausgewählten Strom als Reaktion auf das Temperatursignal fließen lässt.
Steuerung nach Anspruch 6, die weiterhin eine mit dem Temperatursensor verschaltete Temperaturpufferschaltung umfasst.
Steuerung nach Anspruch 7, wobei die Temperaturpufferschaltung einen Tiefpassfilter enthält.
Steuerung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Elektromaschine mit einer Rotationsgeschwindigkeit umfasst, die mit dem ersten Emitter verschaltet ist, und eine Geschwindigkeits-Latch-Schaltung zur Ausgabe eines Geschwindigkeitssignals, um die Gate-Ansteuerung so zu konfigurieren, dass sie einen aus den mehreren Strömen ausgewählten Strom als Reaktion auf das Geschwindigkeitssignal, das gepufferte Signal und eine über einem Schwellenwert liegende Gate-Spannung fließen lässt.
Umrichtersteuerung, die Folgendes umfasst: einen IGBT mit einem Gate, einem ersten Emitter und einem zweiten Emitter und der so ausgelegt ist, dass ein aus dem ersten Emitter fließender Spiegelstrom proportional zu einem aus dem zweiten Emitter fließenden Laststrom ist; eine einstellbare Strom-Spannungs-Steuereinrichtung, die mit dem Gate verschaltet ist; und wenigstens eine Steuerung, die dazu programmiert ist, einen Stromfluss aus der einstellbaren Strom-Spannungs-Steuereinrichtung auf Basis des Spiegelstroms zu ändern.
Steuerung nach Anspruch 10, wobei die einstellbare Strom-Spannungs-Steuereinrichtung mehrere MOSFETs enthält, die selektiv aktivierbar, parallel verschaltet und dazu ausgelegt sind, mehrere Ströme bei einer Spannung bereitzustellen.
Steuerung nach Anspruch 10, wobei die einstellbare Strom-Spannungs-Steuereinrichtung mehrere selektiv aktivierbare Widerstände enthält.
Steuerung nach Anspruch 10, wobei die wenigstens eine Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, den Stromfluss der einstellbaren Strom-Spannungs-Steuereinrichtung auf Basis einer Temperatur des IGBT zu ändern.
Steuerung nach Anspruch 13, wobei die wenigstens eine Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, den Stromfluss der einstellbaren Strom-Spannungs-Steuereinrichtung auf Basis einer gefilterten Temperatur des IGBT zu ändern.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugumrichters, das Folgendes umfasst: Anlegen einer Gate-Spannung an einen IGBT mit einem ersten und zweiten Emitter, um einen Stromfluss zu bewirken; Abtasten einer Spiegelstromausgabe aus dem zweiten IGBT-Emitter, die proportional zu einer Ansteuerstromausgabe aus dem ersten IGBT-Emitter ist, als Reaktion auf die Gate-Spannung; und Ändern des Stromflusses zum Gate als Reaktion auf den Spiegelstrom und die Gate-Spannung.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei Ändern des Stromflusses Auswählen des Stromflusses aus mehreren Stromflüssen ist.
Verfahren nach Anspruch 15, das weiterhin das Filtern des Spiegelstroms umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, das weiterhin Abtasten einer IGBT-Temperatur als Reaktion auf die Gate-Spannung umfasst und wobei Ändern des Stromflusses zum Gate als Reaktion auf die IGBT-Temperatur, den Spiegelstrom und die Gate-Spannung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 18, das weiterhin das Filtern der IGBT-Temperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, das weiterhin Abtasten einer Rotationsgeschwindigkeit einer mit dem ersten Emitter verschalteten Elektromaschine umfasst und wobei Ändern des Stromflusses zum Gate als Reaktion auf die Rotationsgeschwindigkeit, die IGBT-Temperatur, den Spiegelstrom und die Gate-Spannung erfolgt.