DE102018102315A1 - Aktive gate-klemmung für wechselrichterschaltvorrichtungen unter verwendung geerdeter gateanschlüsse - Google Patents

Aktive gate-klemmung für wechselrichterschaltvorrichtungen unter verwendung geerdeter gateanschlüsse Download PDF

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Abstract

Ein Wechselrichter für ein elektrisches Fahrzeug umfasst einen Phasenzweig mit einem oberen und unteren Transistor, die in Reihe verbunden sind, zwischen einem positiven Bus und einem Massebus. Eine obere und untere Gatetreiberschaltung liefert Gatetreibersignale an den oberen und unteren Transistor. Jede Gatetreiberschaltung beinhaltet eine aktive Klemme zum Deaktivieren des oberen und unteren Transistors. Die Transistoren bestehen aus Halbleitervorrichtungen, die jeweils einen jeweiligen Gateanschluss, Kollektoranschluss und Emitteranschluss aufweisen. Jedes Paar aus Gateanschluss und Emitteranschluss ist ausgelegt, um eine verbesserte Common-Source-Induktivität zwischen diesen bereitzustellen. Jeder Gateanschluss ist ausgelegt, um mit einer Massespannung der Treiberschaltungen verbunden zu sein. Jede jeweilige aktive Klemme besteht aus einem p-Kanal-MOSFET, der einen Sourceanschluss, der mit dem Gateanschluss eines jeweiligen Transistors verbunden ist, und einen Drainanschluss, der mit dem Emitteranschluss des jeweiligen Transistors verbunden ist, aufweist, wodurch die jeweilige verbesserte Common-Source-Induktivität umgangen wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Leistungsschaltvorrichtungen in einer Wechselrichterbrücke für ein Antriebssystem eines elektrischen Fahrzeugs und genauer aktive Gate-Klemmung, um unbeabsichtigte Aktivierungen der Leistungsschaltvorrichtungen in einem Wechselrichter zu vermeiden.
  • Elektrifizierte Fahrzeuge, wie etwa Hybridelektrofahrzeuge (hybrid electro vehicle - HEV), Plug-in-Hybridfahrzeuge (plug-in hybrid electro vehicle - PHEV) und Batterieelektrofahrzeuge (battery electric vehicle - BEV), verwenden Wechselrichterangetriebene elektrische Maschinen, um Traktionsmoment bereitzustellen. Ein typisches elektrisches Antriebssystem kann eine Gleichstromleistungsquelle (wie etwa ein Batteriepack oder eine Brennstoffzelle), durch Schützschalter an einen variablen Spannungswandler (variable voltage converter - VVC) gekoppelt, beinhalten, um eine Hauptbusspannung über einen Haupt-Gleichgleichstrom-Verbindungskondensator zu regeln. Ein Wechselrichter ist zwischen den Hauptbussen und einem Traktionsmotor geschaltet, um die Gleichstrombusleistung in eine Wechselspannung umzuwandeln, die mit den Wicklungen des Motors gekoppelt ist, um das Fahrzeug anzutreiben.
  • Der Wechselrichter beinhaltet Transistorschaltvorrichtungen (wie etwa Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, IGBT), die in einer Brückenkonfiguration mit einer Vielzahl von Phasenzweigen verbunden sind. Eine typische Konfiguration beinhaltet einen Drehstrommotor, der durch einen Wechselrichter mit drei Phasenzweigen angetrieben wird. Eine elektronische Steuerung schaltet die Schalter ein und aus, um eine Gleichspannung von dem Bus in eine Wechselspannung umzukehren, die an den Motor angelegt wird. Der Wechselrichter nimmt typischerweise eine Pulsbreitenmodulation an der Zwischenkreisspannung vor, um einen Näherungswert eines sinusförmigen Stromausgangs zum Antreiben des Motors mit einer gewünschten Drehzahl und einem gewünschten Drehmoment zu liefern. Pulsbreitenmodulations-(PWM)-Steuersignale, die an den Gates der IGBT anliegen, schalten diese wie erforderlich ein und aus, so dass der resultierende Strom einem gewünschten Strom entspricht.
  • Da jeder Phasenzweig des Wechselrichters ein Paar aus einem oberen und unteren Schalttransistor aufweist, die über dem Zwischenkreis verbunden sind, ist es wichtig, dass beide Vorrichtungen in einem Zweig nicht gleichzeitig leitend (d. h. eingeschaltet) sind. Ein kurzes Zeitintervall (bekannt als Totzeit) wird typischerweise in die PWM-Schaltsignale eingefügt, während dem sowohl die obere als auch die untere Schaltvorrichtung eines Phasenzweigs ausgeschaltet sind, um ein „Durchschießen“ zwischen dem positiven Bus und dem Massebus (der Massebus wird manchmal als ein negativer Bus bezeichnet, auch wenn er nominal bei null Volt liegt) zu verhindern. Aufgrund elektrischen Rauschens und magnetischer Kopplung zwischen den elektrischen Komponenten und Signalpfaden der Gateeingänge der Transistoren muss darauf geachtet werden, dass ein unbeabsichtigtes Einschalten eines Transistors vermieden wird, wenn dessen Gatetreibersignal aus sein soll. Aktive Klemmung wird manchmal verwendet, wobei eine über das Gate verbundene Klemme aktiviert wird, um sicherzustellen, dass der Schalttransistor aus bleibt.
  • Common-Source-Induktivität bezieht sich auf eine Induktivität, die von der Hauptleistungsschleife (d. h. die Drain-Source- oder Kollektor-Emitter-Leistungsausgabe des Transistors) und der Gatetreiberschleife (d. h. Gate-Source oder Gate-Emitter) in einem Leistungsschalttransistor gemeinsam genutzt wird. Die Common-Source-Induktivität führt sowohl den Vorrichtungsausgangsstrom (z. B. Drain-Source-Strom) als auch den Gate-Lade/Entladestrom. Ein Strom in dem Ausgangsabschnitt (Leistungsschleifenabschnitt) der Common-Source-Induktivität modifiziert die Gatespannung in einer Weise, die das Schaltverhalten verstärkt (z. B. beschleunigt). Für eine Schaltbrücke kann die reduzierte Schaltzeit wünschenswert sein, da sie eine damit zusammenhängende Reduktion der verbrauchten (d. h. verlorenen) Energie während des Schaltübergangs aufweist, solange andere mögliche Nebeneffekte eingedämmt sind. Zum Beispiel könnte die Anwesenheit einer großen Common-Source-Induktivität den Betrieb eines herkömmlichen aktiven Klemmschaltkreises stören.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • In einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Wechselrichter einen Phasenzweig mit einem oberen und unteren Transistor, die in Reihe verbunden und ausgelegt sind, um zwischen einen positiven Bus und einen Massebus geschaltet zu sein. Eine obere und untere Gatetreiberschaltung liefert Gatetreibersignale an den oberen bzw. unteren Transistor. Jede Gatetreiberschaltung beinhaltet eine aktive Klemme zum Deaktivieren des oberen bzw. unteren Transistors. Die Transistoren bestehen aus Halbleitervorrichtungen, die jeweils einen jeweiligen Gateanschluss, Kollektoranschluss und Emitteranschluss aufweisen. Jedes Paar aus Gateanschluss und Emitteranschluss ist ausgelegt, um eine verbesserte Common-Source-Induktivität zwischen diesen bereitzustellen. Jeder Gateanschluss ist ausgelegt, um mit einer Massespannung der Treiberschaltungen verbunden zu sein. Jede jeweilige aktive Klemme besteht vorzugsweise aus einem P-Kanal-MOSFET mit einem Sourceanschluss, der mit dem Gateanschluss eines jeweiligen Transistors verbunden ist, und einem Drainanschluss, der mit dem Emitteranschluss des jeweiligen Transistors verbunden ist, wodurch die jeweilige verbesserte Common-Source-Induktivität umgangen wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung, die einen äquivalenten Schaltkreis für einen Phasenzweig eines Wechselrichters mit einem Paar von IGBT, die jeweils eine verbesserte Common-Source-Induktivität aufweisen, zeigt.
    • 2 ist eine schematische Darstellung, die eine Treiberschaltung mit einer aktiven Klemme, die eine verbesserte Common-Source-Induktivität umgeht, zeigt.
    • 3 ist eine schematische Darstellung, die eine Treiberschaltung genauer zeigt, wobei das IGBT-Gate auf Masse referenziert ist, wobei die verbesserte Common-Source-Induktivität mit dem Emitter-Anschluss verknüpft ist und wobei eine aktive Klemme aus einem P-Kanal-MOSFET besteht.
    • 4 ist eine schematische Darstellung, die eine Treiberschaltung mit getrennten Einschalt- und Ausschalt-Widerstandseigenschaften eines Wechselrichter-IGBT zeigt.
    • 5 ist eine schematische Darstellung, die eine verbesserte Common-Source-Induktivität zeigt, die getrennte Werte für IGBT-Einschaltung und -Ausschaltung aufweist.
    • 6 ist eine schematische Darstellung, die eine Treiberschaltung zur Verwendung mit einer getrennten verbesserten Common-Source-Induktivität für IGBT-Einschaltung und -Ausschaltung genauer zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bei der Common-Source-Induktivität (LCSI) handelt es sich um eine Induktivität, die von einer Hauptleistungsschleife und einer Gatetreiberschleife für eine Transistorschaltvorrichtung gemeinsam genutzt wird. Die Hauptleistungsschleife führt den Kollektor-Emitter-Ausgangsstrom der Vorrichtung und die Gateschleife führt den Gate-Emitter-Steuerstrom. Eine Common-Source-Induktivität entsteht üblicherweise durch parasitäre Induktivitäten, die mit der Vorrichtungsverpackung und den Bahnen auf Leiterplatten in Verbindung stehen.
  • 1 zeigt ein Beispiel eines Phasenzweigs 10 eines Wechselrichterantriebssystems eines elektrifizierten Fahrzeugs zum Antreiben eines Elektromotors, wobei ein oberer Transistor 11 als ein IGBT mit oberem Gateanschluss, Kollektoranschluss und Emitteranschluss gezeigt ist. Andere Typen von Halbleitervorrichtungen könnten verwendet werden, wie etwa ein Leistungs-MOSFET. Wie hierin verwendet, beziehen sich der Gateanschluss, Kollektoranschluss und Emitteranschluss eines IGBT auch auf den Gateanschluss, Drainanschluss und Sourceanschluss eines MOSFET. Ein unterer Transistor 12 (mit entsprechendem unterem Gateanschluss, Kollektoranschluss und Emitteranschluss) ist in Reihe mit dem oberen Transistor 11 zwischen einem positiven Bus 13 und einem Massebus 14 verbunden, um eine Zwischenverbindungsstelle 15 zu definieren. Antiparallele Dioden 16 und 17 sind über Transistoren 11 und 12 verbunden.
  • Die obere Gateschaltung und der obere Ermitteranschluss erzeugen eine obere Common-Source-Induktivität, bestehend aus einer Gateschleifeninduktivität 18, die magnetisch an eine Leistungsschleifeninduktivität 19 gekoppelt ist. Eine Gatetreiberschaltung 20 und eine Gatewiderstand 21 sind an den Gateanschluss gekoppelt, um das Schalten des oberen Transistors 11 zu steuern. Die untere Gateschaltung und der untere Emitteranschluss erzeugen eine untere Common-Source-Induktivität, bestehend aus einer Gateschleifeninduktivität 22, die magnetisch an eine Leistungsschleifeninduktivität 23 gekoppelt ist. Eine Gatetreiberschaltung 24 und eine Gatewiderstand 25 sind an den Gateanschluss gekoppelt, um das Schalten des unteren Transistors 12 zu steuern. Die Gatetreiberschaltungen 20 und 24 generieren Gatetreibersignale gemäß den PWM-Befehlssignalen von einer auf dem Gebiet bekannten PWM-Steuerung 26.
  • Die magnetische Kopplung zwischen einer Leistungsschleife und einer Gateschleife kann manchmal unterwünschte Wechselwirkungen erzeugen, bei denen Änderungen des Ausgangsstroms von einer Vorrichtung Änderungen im Gatesignal, das die Vorrichtung zu steuern versucht, verursachen. Deshalb waren typische Ausgestaltungsregeln, die während der Entwicklung von Transistorvorrichtungsverpackung und -schaltungen unter Verwendung solcher Vorrichtungen im Allgemeinen darauf gerichtet, die Common-Source-Induktivität zu minimieren.
  • Für einen Transistor in einem Phasenzweig kann der Einfluss der Größenordnung der Common-Source-Induktivität auf die Schaltzeit und die Spannungsüberschwingung nützlich sein. Genauer gesagt kann die Schaltzeit vorteilhaft reduziert werden, während die Größe der Spannungsüberschwingung oder - spitze ausreichend klein bleibt. Die reduzierte Schaltzeit kann zu geringerem Energieverlust (d. h. erhöhter Effizienz) führen.
  • Die Größenordnung der Gateschleifeninduktivität und/oder der Leistungsschleifeninduktivität und der Grad der gegenseitigen Kopplung zwischen diesen kann einfach manipuliert (z. B. verbessert) werden, durch Auswählen einer geeigneten Anordnung und/oder Aufnehmen zusätzlicher überlappender Spulen in PCB-Bahnen, die die Leiterbahnen zu den Transistorgates oder -emittern bilden, um eine gewünschte Common-Source-Induktivität LCSI zu erlangen. Beispiele sind in der ebenfalls anhängigen, gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 15/361,898 , eingereicht am 28. November 2016; Patentanmeldung mit Anmeldenummer 15/366,266, eingereicht am 1. Dezember 2016; US-Patentanmeldung mit Anmeldenummer 15/341,184 , eingereicht am 2. November 2016; und US-Patentanmeldung mit Anmeldenummer 15/251,231 , eingereicht am 30. August 2016; von denen jede durch Verweis in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
  • Parasitäre Induktivitäten (einschließlich Common-Source-Induktivität), elektrisches Rauschen oder andere Spannungen mit Streuverlust können möglicherweise falsche (d. h. unbeabsichtigte) Aktivierungen der Phasenzweig-Schalttransistoren verursachen. Um solche Aktivierungen zu unterbinden, kann eine aktive Klemmung, wie in 2 gezeigt, verwendet werden. Eine Gatetreiberschaltung 30 ist an einen Phasenzweig-Schalttransistor 31 gekoppelt. Die Treiberschaltung 30 kann typischerweise als eine integrierte Schaltungseinheit implementiert sein, die Schaltbefehle von einer PWM-Steuerungen an einem Eingangs-Pin 32 annimmt und geeignete Signaleigenschaften generiert, um den Gateanschluss des Transistors 31 über einen Ausgangs-Pin 33 und einen Masse-Pin 34 anzusteuern. Der Ausgangs-Pin 33 ist über einen Gatewiderstand 35 an einen Gateanschluss des Transistors 31 gekoppelt. Der Masse-Pin 34 ist über eine Induktivität 36A an einen Emitteranschluss des Transistors 31 gekoppelt. Eine Leistungsschleifeninduktivität 36B ist magnetisch mit der Induktivität 36A gekoppelt, um die Common-Source-Induktivität zu verbessern. Der Emitteranschluss, der verwendet wird, um die Gateschleife über die Induktivität 36A herzustellen, kann ein auf dem Gebiet bekannter Kelvin-Emitteranschluss sein (d. h. eine Emitterverbindung getrennt von dem Hauptausgangsstrom des Transistors 31).
  • Die Treiberschaltung 30 ist ausgelegt, um eine aktive Klemmfunktion unter Verwendung eines Klemmtransistors 40 bereitzustellen (typischerweise als ein MOSFET implementiert, der eingeschaltet wird, wenn der Transistor 31 in einem AUS-Zustand sein soll). Der Klemmtransistor 40 weist einen Drainanschluss auf, der über einen Pin 41 direkt mit dem Gate des Transistors 31 verbunden ist, und weist einen Sourceanschluss auf, der über einen Pin 42 direkt mit dem Emitter des Transistors 31 verbunden ist. Vorzugsweise ist der Pin 42 mit einem weiteren Kelvin-Emitteranschluss des Transistors 31 verbunden. Die Verbindungen des Klemmtransistors 40 sind dazu konfiguriert, den Gatewiderstand 35 und die Induktivitäten 36A und 36B zu umgehen, um den Transistor 31 nach Wunsch zuverlässig im AUS-Zustand zu halten.
  • In der Konfiguration der 2 werden vier integrierte Schaltungs-Pins genutzt, um das Gatetreibersignal und die aktive Klemme mit dem Schalttransistor zu verbinden. Es wäre wünschenswert, die Anzahl der erforderlichen Pins zu reduzieren, um Kosten zu reduzieren und Platz auf einer Leiterplatte zu sparen. Da die Source des Klemmtransistors mit dem Emitter des Schalttransistors verbunden ist, ist das Gate des Klemmtransistors aufgrund der Anwesenheit der Common-Source-Induktivität und anderer Faktoren, die die Leistung der Klemmfunktion beeinträchtigen könnten, außerdem auf eine möglicherweise schwankende Spannung referenziert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, ist ein Eingangs-/Ausgangs-Pin der Treiberschaltung beseitigt, indem ein Pin zwischen dem Gatetreiber und den Klemmfunktionen geteilt wird. Zusätzlich referenziert die Zusammenschaltung des Klemmtransistors den Gateanschluss des Klemmtransistors zu Masse (d. h. die Masse der Stromversorgung für die Gatetreiber), die von Natur aus weniger Spannungsschwankungen unterworfen ist. Bezugnehmend auf 3 ist eine integrierte Gatetreiberschaltung 45 für einen Phasenzweig-Schalttransistor (z. B. IGBT) 46 bereitgestellt. Um den Transistor 46 in seinen EIN-Zustand oder AUS-Zustand zu führen, umfasst ein Gatetreiber ein Paar von komplementären MOSFET 47 und 48. Die MOSFET 47 und 48 weisen ihre Sourceanschlüsse auf Versorgungsspannungen -Vcc bzw. -VEE referenziert auf. Der MOSFET 47 ist eine p-Kanal-Vorrichtung und der MOSFET 48 ist eine n-Kanal-Vorrichtung. Das MOSFET-Paar 47/48 weist einen Ausgang an einer Zwischenverbindungsstelle 49 und einen Eingang 50, der mit deren Gateanschlüssen verbunden ist, auf. Die Ausgangsverbindungsstelle 49 ist über einen AUS-Pin 51 mit einem Kelvin-Emitteranschluss des Transistors 46 durch einen Gatewiderstand 52 und die verbesserte Common-Source-Induktivität 53 verbunden. Durch Bewegen des Gatewiderstands 52 zur Emitterseite der Treiberschaltung kann der Gateanschluss 55 des Transistors 46 eine einzelne Verbindung zur integrierten Gatetreiberschaltung 45 aufweisen (d. h. eine direkte Verbindung zu Masse über einen GND-Pin 56, der von der Gatetreiberfunktion und der Klemmfunktion gemeinsam genutzt wird). Das Aktivieren des MOSFET 48 schaltet den Transistor 46 ein, während das Aktivieren des MOSFET 47 den Transistor 46 ausschaltet. In einem bevorzugten Beispiel wird eine Spannung von ungefähr 7 V verwendet, um eine Versorgungsspannung -VEE zu generieren, und eine Spannung von ungefähr 15 V wird verwendet, um eine Versorgungsspannung -Vcc zu generieren.
  • Für eine aktive Klemmfunktion ist der Sourceanschluss eines p-Kanal-MOSFET 57 mit dem Gateanschluss 55 (und mit Masse) verbunden und ist dessen Drainanschluss mit dem Kelvin-Emitteranschluss 54 (oder einem weiteren getrennten Kelvin-Emitteranschluss) verbunden, so dass die Zusammenschaltung zum Klemmen des MOSFET 57 den Gatewiderstand 52 und die verbesserte Common-Source-Induktivität 53 umgeht. Die Verwendung einer p-Kanal-Vorrichtung ermöglicht, dass der Sourceanschluss mit Masse verbunden ist, wodurch der Pin 56 zwischen dem Gatetreiber und den Klemmfunktionen geteilt wird. Durch Referenzieren des Betriebs der Klemmung des MOSFET 57 auf Masse besteht weiterhin eine größere Immunität gegenüber Rauschen und Spannungsschwankungen und die aktive Klemme kann zuverlässig aufrechterhalten werden (im Gegensatz zur herkömmlichen Nutzung eines n-Kanal-MOSFET, der das Gate auf die Sourcespannung referenziert).
  • In einigen Ausführungsformen eines elektrischen Antriebssystems kann es wünschenswert sein, unterschiedliche Schalteigenschaften beim Ein- und Ausschalten eines Phasenzweigtransistors bereitzustellen. Zum Beispiel kann es vorteilhaft sein, dass eine Einschaltzeit nicht gleich einer Ausschaltzeit ist. Deshalb ist es bekannt, unterschiedliche Werte eines Gatewiderstands zum Einschalten und Ausschalten zu nutzen, wie in 4 gezeigt ist. Eine integrierte Gatetreiberschaltung 60 wird verwendet, um einen Phasenzweigtransistor 61 zu steuern. Ein Gatetreiber weist ein komplementäres Paar von MOSFET 62 und 63 auf, die jeweils über einen jeweiligen Gatewiderstand 64 und 65 mit einem Gateanschluss 66 des Transistors 61 verbunden sind. Das Laden des Gates 66 während des Einschaltens und das Entladen des Gates 66 während des Ausschaltens erfolgt durch verschiedene Widerstandswerte, wodurch unterschiedliche Zeitkonstanten im Gatetreiber für Einschalten gegenüber Ausschalten bereitgestellt werden. 4 zeigt einen herkömmlichen n-Kanal-Klemm-MOSFET 67, der zwischen den Gateanschluss 66 und einen Emitteranschluss 68 geschaltet ist.
  • Neben den unterschiedlichen Einschalt- und Ausschaltwiderständen können unterschiedliche Werte einer verbesserten Common-Source-Induktivität für die jeweiligen Ein-/Aus-Vorgänge wünschenswert sein. 5 zeigt eine erste Ausführungsform zum Verbessern der Common-Source-Induktivität in einem Phasenzweig 70 mit Transistoren 71 und 72. Auf der Emitterseite des Transistors 71 weist eine verbesserte LCSI 73 einen ersten Abschnitt 73A und einen zweiten Abschnitt 73B auf. Ein erster Gatewiderstand 74 ist mit einem Zwischenabschnitt der verbesserten LCSI 73 verbunden, so dass eine entsprechende ein- oder ausgeschaltete verbesserte LCSI 73 geringer als eine verbesserte LCSI 73 für den entgegengesetzten Ein- oder Ausschaltvorgang, der mit einem zweiten Gatewiderstand 75 erlangt wird, ist. Somit teilen sich die jeweiligen Einschalt- und Ausschalt-Common-Source-Induktivitäten für den Transistor 71 die Teilinduktivität 73A, und die resultierende verbesserte LCSI für Einschalten und Ausschalten sind ungleich. Ein Transistor 72 weist die gleiche Konfiguration mit verbesserter Lcsi 76 (mit Teilinduktivitäten 76A und 76B) und Gatewiderständen 77 und 78 auf.
  • 6 zeigt eine integrierte Gatetreiberschaltung genauer und zeigt eine alternative Ausführungsform, in der eine verbesserte LCSI unabhängige Induktivitäten für Einschalten und Ausschalten aufweist. Somit wird ein Phasenzweigtransistor 80 über eine integrierte Gatetreiberschaltung 81 gesteuert, die ein Gatetreiber-Komplementärpaar aus MOSFET 82 und 83 enthält. Der Ausschalt-MOSFET 82 ist mit einem ersten Ausgangs-Pin AUS1 verbunden. Ein Kelvin-Emitteranschluss 86 des Transistors 80 ist über einen Gatewiderstand 84 und eine verbesserte Common-Source-Induktivität 85 mit dem Pin AUS1 verbunden. Der Einschalt-MOSFET 83 ist mit einem zweiten Ausgangs-Pin AUS2 verbunden. Ein Kelvin-Emitteranschluss 86 ist über einen Gatewiderstand 87 und eine verbesserte Common-Source-Induktivität 88 mit dem Pin AUS2 verbunden. Die aktive Klemmfunktion ist ähnlich zu derjenigen der vorherigen Ausführungsform. Ein Gateanschluss 90 des Transistors 80 ist mit einem Masse-Pin GND der integrierten Gatetreiberschaltung 81 verbunden. Der Masse-Pin ist bei 91 mit Masse verbunden und mit einem Sourceanschluss eines p-Kanal-Klemm-MOSFET 92 verbunden. Ein Drainanschluss des MOSFET 92 ist mit einem Pin KLEMME verbunden, der unter Umgehung der Gatewiderstände und der Common-Source-Induktivitäten direkt mit dem Kelvin-Emitteranschluss 86 verbunden ist. Somit werden unabhängig gesteuerte Einschalt- und Ausschalteigenschaften erlangt, während die Gates von sowohl dem aktiven Klemmschalter als auch dem Phasenzweigschalter auf Masse referenziert sind. Somit wird eine erhöhte Zuverlässigkeit für die aktive Klemmfunktion erreicht, während gleichzeitig Kosten und Platz für eine verknüpfte Treiberschaltung gespart werden. Andere Typen von Halbleiterschaltvorrichtungen können ebenfalls verwendet werden und die Erfindung kann auch getrennte Komponenten für die Treiber-/Klemmschaltungen nutzen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • US 15/341184 [0012]
    • US 15/251231 [0012]

Claims (12)

  1. Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug, das von einem Traktionsmotor angetrieben wird, umfassend: einen Zwischenkreis mit einem positiven Bus und einem Massebus, der konfiguriert ist, eine Gleichstromversorgungsspannung zu empfangen; eine Vielzahl von Phasenzweigen in einer Brückenkonfiguration, die zwischen den positiven Bus und dem Massebus gekoppelt ist, wobei jeder Phasenzweig einen oberen und einen unteren Transistor aufweist, die in Reihe verbunden sind, mit einer Zwischenverbindungsstelle, die einen Phasenzweigausgang bereitstellt; und eine obere und untere Gatetreiberschaltung für jeden Phasenzweig, die Gatetreibersignale an den oberen bzw. unteren Transistor liefern, wobei jede Treiberschaltung eine aktive Klemme zum Deaktivieren des oberen bzw. unteren Transistors beinhaltet; wobei die Transistoren aus Halbleitervorrichtungen bestehen und jeweils einen jeweiligen Gateanschluss, Kollektoranschluss und Emitteranschluss aufweisen; wobei jedes Paar aus Gateanschluss und Emitteranschluss ausgelegt ist, um eine verbesserte Common-Source-Induktivität zwischen diesen bereitzustellen; wobei jeder Gateanschluss ausgelegt ist, um mit einer Massespannung der Treiberschaltungen verbunden zu sein; und wobei jede jeweilige aktive Klemme aus einem p-Kanal-MOSFET besteht, der einen Sourceanschluss, der mit dem Gateanschluss eines jeweiligen Transistors verbunden ist, und einen Drainanschluss, der mit dem Emitteranschluss des jeweiligen Transistors verbunden ist, aufweist, wodurch die jeweilige verbesserte Common-Source-Induktivität umgangen wird.
  2. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, wobei die Gatetreibersignale eine negative Signalspannung in Bezug auf die Massespannung umfassen, die selektiv an einen jeweiligen Emitteranschluss angelegt ist, ohne die jeweilige verbesserte Common-Source-Induktivität zu umgehen.
  3. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, wobei die Gatetreiberschaltungen jeweils ein Paar von komplementären MOSFET umfassen, wobei jeder komplementäre MOSFET ein jeweiliges Gatesignal an einen jeweiligen Emitteranschluss koppelt.
  4. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 3, wobei jede jeweilige verbesserte Common-Source-Induktivität eine jeweilige Einschalt-Common-Source-Induktivität und eine jeweilige Ausschalt-Common-Source-Induktivität beinhaltet, wobei die jeweilige Einschalt- und Ausschalt-Common-Source-Induktivität jeweils mit einem jeweiligen einen der komplementären MOSFET verbunden ist.
  5. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 4, wobei die jeweilige Einschalt- und Ausschalt-Common-Source-Induktivität ungleich sind.
  6. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 4, wobei die jeweilige Einschalt- und Ausschalt-Common-Source-Induktivität eine Teilinduktivität gemeinsam nutzen.
  7. Gatetreiber für einen Wechselrichterphasentransistor, umfassend: einen Gatesignalgenerator, der ein Transistorgate an Masse koppelt und einen Transistoremitter selektiv an eine negative Spannung koppelt, wobei ein Gatesignal durch eine verbesserte Common-Source-Induktivität, die mit dem Emitter verknüpft ist, fließt; und eine aktive Klemme, die aus einem p-Kanal-MOSFET besteht, der eine mit dem Gate verbundene Source und einen mit dem Emitter verbundenen Drain aufweist, wodurch die verbesserte Common-Source-Induktivität umgangen wird.
  8. Gatetreiber nach Anspruch 7, wobei der Gatesignalgenerator ein Paar von komplementären MOSFET umfasst, wobei jeder komplementäre MOSFET einen jeweiligen Teil des Gatesignals an den Emitter koppelt.
  9. Gatetreiber nach Anspruch 8, wobei die verbesserte Common-Source-Induktivität eine Einschalt-Common-Source-Induktivität und eine Ausschalt-Common-Source-Induktivität beinhaltet, wobei die Einschalt- und Ausschalt-Common-Source-Induktivität jeweils mit einem jeweiligen einen der komplementären MOSFET verbunden ist.
  10. Gatetreiber nach Anspruch 9, wobei die jeweilige Einschalt- und Ausschalt-Common-Source-Induktivität ungleich sind.
  11. Gatetreiber nach Anspruch 9, wobei die jeweilige Einschalt- und Ausschalt-Common-Source-Induktivität eine Teilinduktivität gemeinsam nutzen.
  12. Gatetreiber nach Anspruch 7, wobei der Emitter aus einem Kelvin-Emitter besteht.
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