DE102019125732A1 - Steuer- und/oder Regeleinheit sowie Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit und Treiberschaltung für eine derartige Steuer- und/oder Regeleinheit - Google Patents

Steuer- und/oder Regeleinheit sowie Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit und Treiberschaltung für eine derartige Steuer- und/oder Regeleinheit Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuer- und/oder Regeleinheit (40) zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit (10) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei diese Steuer- und/oder Regeleinheit (40) zum Betreiben der elektrischen Antriebseinheit (10) Leistungshalbleiter (34) von Halbleiter-Schaltelementen (32) der Antriebseinheit (10) ansteuert.
Es ist vorgesehen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit (40) eingerichtet ist, die Leistungshalbleiter (34) derart anzusteuern, dass sich eine Schaltgeschwindigkeit der Leistungshalbleiter (34) ergibt, die von einer Betriebstemperatur zumindest eines dieser Leistungshalbleiter (34) abhängig ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Treiberschaltung (38) für eine Steuer- und/oder Regeleinheit (40) und ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit (10) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei für diesen Betrieb Leistungshalbleiter (34) von Halbleiter-Schaltelementen (32) der Antriebseinheit (10) angesteuert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuer- und/oder Regeleinheit zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei diese Steuer- und/oder Regeleinheit zum Betreiben der elektrischen Antriebseinheit Leistungshalbleiter von Halbleiter-Schaltelementen der Antriebseinheit ansteuert.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Treiberschaltung für eine Steuer- und/oder Regeleinheit und ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei für diesen Betrieb Leistungshalbleiter von Schaltelementen der Antriebseinheit angesteuert werden.
  • Die DE 10 2017 102 743 A1 beschreibt eine elektrische Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, die einen Wechselrichter mit Halbleiter-Leistungsschaltern aufweist, die zum Betreiben der Antriebseinheit aktiv angesteuert werden. Die elektrische Antriebseinheit umfasst eine Gleichspannungsquelle, einen Zwischenkreis, einen als Wechselrichter ausgebildeten Umrichter und einen Wechselstrom-Traktionsmotor. Die Halbleiter-Leistungsschalter sind in den Halbbrücken des Wechselrichters verbaut.
  • Weiterhin sind entsprechende Treiberschaltungen zum aktiven Ansteuern von Leistungshalbleitern derartiger Halbleiter-Schaltelemente bekannt.
  • In der elektrischen Antriebstechnik kommt allgemein Leistungselektronik, auch Stromrichter genannt, zum Einsatz. Diese Stromrichter formen, passend zum Antrieb, die elektrische Energie in die gewünschte Form um z.B. im Fahrzeug von Gleichstrom auf Drehstrom um ein passendes und geregeltes rotierendes Magnetfeld für den Elektromotor zu erzeugen. Diese Stromumformung geschieht durch umschalten, Kommutieren des Stromes, mittels Leistungshalbleiter-Bauelementen (kurz: Leistungshalbleitern) in verschiedene Brückenzweige. Eine etablierte Standardschaltung ist die in der DE 10 207 102 743 A1 beschriebene 6-pulsige Brückenschaltung (B6) welche einen 3phasigen Drehstrommotor ansteuert. Die Ansteuerung der Leistungshalbleiter wird geregelt mit Pulsweitenmodulierten Signalen umgesetzt, zum Beispiel per Raumzeigermodulation.
  • Dabei ist man bestrebt den Umschaltvorgang der einzelnen Leistungshalbleiter möglichst schnell durchzuführen, um die Schaltverluste möglichst gering zu halten. Aufgrund von stets vorhandenen parasitären Induktivitäten kann diese Umschaltung jedoch nicht beliebig schnell erfolgen. Durch das Umschalten entstehen hohe Stromgradienten (di/dt) welche eine hohe Induktive Schaltspannung (Zündspulen Effekt) gemäß der allgemeinen Formel: U=-L × d i / d t
    Figure DE102019125732A1_0001
    zur Folge hat. Eine zu hohe Spannungsbelastung führt direkt zum sofortausfall wenn die zulässige Sperrspannung der Halbleiter überschritten wird. Die Schaltgeschwindigkeiten müssen demnach eingestellt werden. Hierzu wird gemäß dem Stand der Technik ein Vorwiderstand am Gate des Leistungshalbleiters verwendet. Dieser Widerstand bildet zusammen mit der Eingangskapazität des Leistungshalbleiters eine RC-Kombination mit entsprechender Zeitkonstante und somit entsprechender Schaltverzögerung und damit einhergehende Erhöhung der Schaltverluste.
  • Im Vergleich zu anderen Anwendungen (z.B. vielen stationären Anwendungen) ergibt sich bei Automotive-Anwendungen eine relativ große Varianz der Betriebsbedingungen, wie etwa die Varianz der Betriebstemperatur, die Auswirkungen bezüglich der genannten Spannungsbelastung zeigt.
  • Allgemein ist das Sperrspannungsvermögen bei Halbleitern generell temperaturabhängig bei annähernd linearem Zusammenhang. Der Temperaturkoeffizient der Sperrspannung ist positiv d.h. bei niedriger Temperatur ist das Sperrspannungsvermögen niedriger als bei höherer Temperatur. Gemäß dem Stand der Technik bezieht sich die Wahl der Sperrspannung auf einen fixierten Wert (inkl. Sicherheitsmarge) abhängig von einer definierten Temperatur z.B. im Automobil währen hierzu -25°C als gängiger Wert Anwendbar, bei der das Antriebssystem bereits volle Leistungsfähigkeit erreichen muss.
  • Die Temperaturabhängigkeit der Sperrspannung ist Halbleiter-Chip spezifisch und hängt von sehr vielen Halbleiter internen Parametern u.a. wie Schichtdicken, Halbleitermaterial, Grad und Zusammensetzung der Dotierung usw. ab. Bei höheren Temperaturen wird generell die elektrische Leitfähigkeit der Halbleiter vermindert da die freien Ladungsträger ausgebremst werden so dass durchbruchartige Lawineneffekte zu höheren Feldstärken bzw. Sperrspannungen verschoben werden. Halbleiter-/ Leistungsmodul-Hersteller geben in der Regel Kennlinien oder konstante Temperaturkoeffizienten in [V/K] an.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, die es ermöglichen, die Leistungshalbleiter im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs in Bezug auf den Wirkungsgrad besser zu nutzen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
  • Bei der erfindungsgemäßen Steuer- und/oder Regeleinheit zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, welche zum Betreiben der elektrischen Antriebseinheit Leistungshalbleiter von Halbleiter-Schaltelementen der Antriebseinheit ansteuert, ist vorgesehen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit eingerichtet ist, die Leistungshalbleiter derart anzusteuern, dass sich eine Schaltgeschwindigkeit der Leistungshalbleiter ergibt, die von einer Betriebstemperatur zumindest eines dieser Leistungshalbleiter abhängig ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Steuer- und/oder Regeleinheit mindestens eine Treiberschaltung zum Ansteuern der Leistungshalbleiter über Steuerspannungen auf, wobei die Treiberschaltung eingerichtet ist, die Anstiegszeiten der Steuerspannungen in Abhängig von einem Eingangssignal zu wählen, das von der Betriebstemperatur des zumindest einen Leistungshalbleiters abhängt.
  • Die Anstiegszeit einer solchen Steuerspannung kann zum Beispiel über einen veränderbaren Vorwiderstand in Abhängig von dem Eingangssignal gewählt werden. Treiberschaltungen zum Ansteuern von Leistungshalbleitern über derartige veränderbare Vorwiderstände sind generell bekannt und haben sich in der Praxis bewährt. Über sie können die Leistungshalbleiter in Abhängigkeit eines Steuersignals über die Vorwiderstände angesteuert werden. Im vorliegenden Fall wird nun zusätzlich der Widerstandswert dieser Vorwiderstände in Abhängigkeit eines Eingangssignals verändert, das von einer Betriebstemperatur zumindest eines dieser Leistungshalbleiter abhängig ist.
  • Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Treiberschaltung oder mindestens eine der Treiberschaltungen ein Treiberelement und mindestens zwei diesem Treiberelement nachgeschaltete Widerstandselemente mit unterschiedlichen Widerstandswerten zur Bildung mindestens eines der veränderbaren Vorwiderstände aufweist. Die Widerstandselemente sind bevorzugt in einer Parallelschaltung verschaltet. Im einfachsten Fall wird so eine 2-Punkt-Schaltung realisiert.
  • Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Treiberschaltung oder mindestens eine der Treiberschaltungen ein Treiberelement und mindestens eine nachgeschaltete Operationsverstärkerschaltung, insbesondere mit nachführbarem aktivem Tiefpass, zur Variation der Anstiegszeit der jeweiligen Steuerspannung für die Leistungshalbleiter in Abhängig von dem Eingangssignal aufweist. Dabei wird mittels der Operationsverstärkerschaltung die Anstiegszeit der jeweiligen Steuerspannung in Abhängigkeit des Eingangssignals verändert.
  • Alternativ oder zusätzlich ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass die Treiberschaltung oder mindestens eine der Treiberschaltungen als ASIC-Treiberschaltung (ASIC: application-specific integrated circuit) ausgeführt ist, bei der Mittel zur Variation der Anstiegszeit der jeweiligen Steuerspannung für die Leistungshalbleiter in Abhängig von dem Eingangssignal bereits integriert sind.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Steuer- und/oder Regeleinheit zumindest eine Einrichtung zum Ermitteln einer Betriebstemperatur von zumindest einem der Leistungshalbleiter auf. Derartige Einrichtungen sind bei vielen Leistungshalbleitern standardmäßig vorgesehen.
  • Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zahl der Treiberschaltungen der Anzahl der anzusteuernden Leistungshalbleiter entspricht. Jeder Leistungshalbleiter hat eine eigene Treiberschaltung.
  • Bei der erfindungsgemäßen Treiberschaltung für eine Steuer- und/oder Regeleinheit zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine vorgenannte Steuer- und/oder Regeleinheit, ist vorgesehen, dass die Treiberschaltung als Treiberschaltung zum Ansteuern mindestens eines Leistungshalbleiters einer elektrischen Antriebseinheit über veränderbare Vorwiderstände ausgebildet ist, wobei die Treiberschaltung eingerichtet ist, den jeweiligen Widerstandswert des entsprechenden Vorwiderstands in Abhängig von einem Eingangssignal zu wählen, das von der Betriebstemperatur zumindest eines dieser Leistungshalbleiter abhängig ist.
  • Mit Vorteil ist dabei vorgesehen, dass die Treiberschaltung
    1. (a) ein Treiberelement und mindestens zwei diesem Treiberelement nachgeschaltete Widerstandselemente mit unterschiedlichen Widerstandswerten zur Bildung mindestens eines der veränderbaren Vorwiderstände aufweist oder
    2. (b) ein Treiberelement und mindestens eine nachgeschaltete Operationsverstärkerschaltung, insbesondere mit nachführbarem aktivem Tiefpass, zur Variation der Anstiegszeit der jeweiligen Steuerspannung für die Leistungshalbleiter in Abhängig von dem Eingangssignal aufweist oder
    3. (c) als ASIC-Treiberschaltung ausgeführt ist, bei der Mittel zur Variation der Anstiegszeit der jeweiligen Steuerspannung für die Leistungshalbleiter in Abhängig von dem Eingangssignal bereits integriert sind.
  • Weitere Ausgestaltungen der Treiberschaltung sind bereits im Zusammenhang mit der Steuer- und/oder Regeleinheit genannt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, bei dem für diesen Betrieb Leistungshalbleiter von Halbleiter-Schaltelementen der Antriebseinheit angesteuert werden, ist vorgesehen, dass die Leistungshalbleiter derart angesteuert werden, dass sich eine Schaltgeschwindigkeit der Leistungshalbleiter ergibt, die von einer Betriebstemperatur zumindest eines dieser Leistungshalbleiter abhängt. Bei niedrigen Temperaturen wird langsamer geschaltet als bei höheren Temperaturen.
  • Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Ansteuerung der Leistungshalbleiter mittels mindestens einer Treiberschaltung zum Ansteuern dieser Leistungshalbleiter über veränderbare Vorwiderstände, insbesondere einer vorstehend genannten Treiberschaltung, erfolgt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
    • 1: ein Schaltbild einer elektrischen Antriebseinheit eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs,
    • 2: die Temperaturabhängigkeit des Sperrspannungsvermögens von Halbleitern in einem Diagramm,
    • 3: ein Schaltbild einer Treiberschaltung gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung,
    • 4: ein Schaltbild einer Treiberschaltung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung und
    • 5: ein Schaltbild einer Treiberschaltung gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
  • Die 1 zeigt ein Schaltbild einer elektrischen Antriebseinheit 10 eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, bei der die Antriebseinheit 10 eine als Elektromotor ausgebildete elektrische Maschine 12 sowie einen Stromrichter 14 aufweist. Die elektrische Maschine 12 ist als dreiphasige Drehstrom-Maschine ausgebildet, die von einer (nicht gezeigten) elektrischen Energiespeichereinrichtung, nämlich einer wiederaufladbaren Batterie (Akkumulator) gespeist wird. Die 1 zeigt lediglich die Anschlüsse 16, 18 zum elektrischen Anschluss dieser elektrischen Energiespeichereinrichtung. Der hier verwendete Stromrichter 14 ist dementsprechend ein Wechselrichter 20 mit vorgeschaltetem Zwischenkreis-Kondensator 22 auf seiner Gleichstrom-Seite zwischen den Anschlüssen 16, 18 für die elektrischen Energiespeichereinrichtung. Auf seiner Wechselstrom-Seite ist der Wechselrichter 20 über drei Strompfade 24, von denen jeder einer der drei Phasen u, v, w entspricht, mit der elektrischen Maschine 12 elektrisch leitend verbunden. Mit anderen Worten formt der Stromrichter 14 die elektrische Energie der elektrischen Energiespeichereinrichtung in die von der elektrischen Maschine 12 benötigte Form um. Hier im Beispiel eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs den durch die wiederaufladbare Batterie ausgegebenen Gleichstrom in einen Drehstrom für die als dreiphasiger Drehstrommotor ausgeführt Traktionsmaschine (Traktionsmotor). Der Stromrichter 14 stellt abhängig von der Kommutierung die elektrische Energie an den Motorphasen zum Betrieb der elektrischen Maschine 12 bereit. Je nach Schaltzustand der Motorphase liegt an dieser der jeweilige Phasenstrom Im an.
  • Der Wechselrichter 20 weist dabei eine sechspulsige Brückenschaltung mit drei Halbbrücken 26, 28, 30 auf. Jede dieser Halbbrücken 26, 28, 30 ist einer Phase u, v, w zugeordnet und verschaltet die Gleichstrom-Seite über zwei Schaltelemente 32 mit dem Strompfad 24 der entsprechenden Phase u, v, w. Das jeweilige Schaltelement 32 weist wenigstens einen Leistungshalbleiter 34, beispielsweise einen IGBT, auf. Jedes Schaltelement 32 hat einen Steueranschluss 36, durch den eine Schaltung des jeweiligen Schaltelements 32 erfolgt.
  • Abhängig von einem Steuersignal SS, welches an einer (in den 2 bis 4 gezeigten) Treiberschaltung 38 einer Steuer- und/oder Regeleinheit 40 zum Betreiben der elektrischen Antriebseinheit 10 anliegt, wird das jeweilige Schaltelement 32 über seinen Steueranschluss 36 und damit insgesamt der Stromrichter 14 gesteuert. Das Steuersignal SS kann als ein von einer Steuerung der Steuer- und/oder Regeleinheit 40 ausgegebenes, pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) vorliegen. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 40 weist eine in 1 eingezeichnete Einrichtung 42 zum Ermitteln einer Betriebstemperatur von einem der Leistungshalbleiter 34, nämlich eine Temperaturmesseinrichtung, auf.
  • Durch die Anschlüsse und Bauteile der Antriebseinheit 10 und die elektrische Versorgung der elektrischen Maschine 12 sind parasitäre Schaltkapazitäten C und parasitäre Schaltinduktivitäten L vorhanden. Durch die Schaltinduktivitäten L entsteht bei einer Schaltung und dem dabei auftretenden Schaltstromgradienten dl/dt eine induzierte Schaltspannung U gemäß folgendem Zusammenhang U=-L  d l / d t .
    Figure DE102019125732A1_0002
  • Die parasitäre Induktivität des Zwischenkreis-Kondensators 22 beträgt beispielsweise ungefähr 10 nH, die der elektrischen Verbindung zu den Schaltelementen 32 beispielsweise ungefähr 15 nH und die eines jeweiligen Zweigs der Halbbrücken 26, 28, 30 ungefähr 10 nH.
  • Die Schaltspannung U ist abhängig von der Schaltgeschwindigkeit, die sich in dem Schaltstromgradienten dl/dt ausdrückt. Die maximale Schaltspannung U liegt üblicherweise bei Volllast der elektrischen Maschine 12 vor, also wenn der Schaltstromgradient dl/dt am höchsten ist.
  • Die 2 zeigt die Temperaturabhängigkeit des Sperrspannungsvermögens von Halbleitern (IGBTs, MOS-FETs, Dioden) in einem Diagramm, bei dem die Sperrspannung über der Sperrschichttemperatur eines Halbleiters 34 dargestellt ist. Das Sperrspannungsvermögen hat einen positiven Temperaturkoeffizienten. Üblicherweise wird eine konstant definierte maximal zulässige Sperrschichttemperatur definiert, zum Beispiel bei 650 V (als Punkt eingezeichnet).
  • Allgemein ist das Sperrspannungsvermögen bei Halbleitern generell temperaturabhängig bei annähernd linearem Zusammenhang. Der Temperaturkoeffizient der Sperrspannung ist positiv, d.h. bei niedriger Temperatur ist das Sperrspannungsvermögen niedriger als bei höherer Temperatur. Gemäß dem Stand der Technik bezieht sich die Wahl der Sperrspannung auf einen fixierten Wert (inkl. Sicherheitsmarge) abhängig von einer definierten Temperatur z.B. im Automobil währen hierzu -25°C als gängiger Wert Anwendbar, bei der das Antriebssystem bereits volle Leistungsfähigkeit erreichen muss.
  • Die Temperaturabhängigkeit der Sperrspannung ist Halbleiter-Chip-spezifisch und hängt von sehr vielen Halbleiter internen Parametern u.a. wie Schichtdicken, Halbleitermaterial, Grad und Zusammensetzung der Dotierung usw. ab. Bei höheren Temperaturen wird generell die elektrische Leitfähigkeit der Halbleiter vermindert da die freien Ladungsträger ausgebremst werden so dass durchbruchartige Lawineneffekte zu höheren Feldstärken bzw. Sperrspannungen verschoben werden. Halbleiter-/ Leistungsmodul-Hersteller geben in der Regel Kennlinien oder konstante Temperaturkoeffizienten in [V/K] an.
  • In 3 ist ein Schaltbild der Treiberschaltung 38 (der Steuer- und/oder Regeleinheit 40) gemäß einer ersten Ausgestaltung dargestellt.
  • Das Schaltelement 32 hat einen Steueranschluss 36, durch den eine Schaltung des jeweiligen Schaltelements 32 erfolgt. Die Schaltung ist dabei ein Einschalten oder Ausschalten des Schaltelements 32. Abhängig von einem Steuersignal SS, welches an einem Treiberelement 44, beispielsweise einem Gatetreiber anliegt, wird das jeweilige Schaltelement 32 über den Steueranschluss 36 und damit insgesamt der Stromrichter 14 gesteuert. Das Steuersignal SS kann als pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) vorliegen.
  • Dem Steueranschluss 36 ist ein veränderbarer Vorwiderstand 46 elektrisch vorgeschaltet, der durch eines von zwei parallel geschalteten Widerstandselementen 48, 50 gebildet wird. Bei dem Ein- und Ausschalten bei vergleichsweise höheren Temperaturen über einem Schwellwert Ts wird das erste Widerstandselement 48 und bei dem Ein- und Ausschalten bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen unter diesem Schwellwert Ts wird das zweite Widerstandselement elektrisch vorgeschaltet. Das erste Widerstandselement 48 ist ausgelegt für schnelles Schalten bei hohen Temperaturen und das zweite Widerstandselement 50 ist ausgelegt für langsames Schalten bei niedrigen Temperaturen.
  • Der Vorwiderstand 46 bildet zusammen mit der Schaltkapazität C ein RC-Glied, durch das die Schaltgeschwindigkeit beeinflussbar ist. Je größer der Gesamtwiderstandswert des gewählten Widerstandselements 48, 50 ist, desto kleiner wird die Schaltgeschwindigkeit. Dadurch kann die bei der Schaltung auftretende induzierte Schaltspannung verringert werden. Allerdings bewirkt das RC-Glied Schaltverluste, die umso höher ausfallen, je größer der Gesamtwiderstandswert Rg des Widerstandselements 48, 50 ist.
  • Zur Auswahl des Widerstandselements 48, 50 in Abhängigkeit der Betriebstemperatur zumindest eines der in 1 gezeigten Leistungshalbleiter 34, insbesondere des hier in 3 gezeigten Leistungshalbleiters 34 erhält das Treiberelement 44 zusätzlich zum Steuersignal SS ein Eingangssignal ES, das von der Betriebstemperatur zumindest eines der (in 1 gezeigten) Leistungshalbleiter 34 abhängt.
  • Mit anderen Worten kann der Gesamtwiderstandswert des veränderbaren Vorwiderstandes 46, welcher dem Schaltelement 32 vorgeschaltet ist, über eine Zweipunktschaltung mit den Widerstandselementen 48, 50 abhängig von dem Eingangssignal ES, welches insbesondere durch einen Mikrokontroller als Binärwert aufbereitetet ist, bereitgestellt werden.
  • In 4 ist ein Schaltbild der Treiberschaltung 38 (der Steuer- und/oder Regeleinheit 40) in einer zweiten Ausgestaltung dargestellt. Der veränderbare Vorwiderstand 46 ist dem Schaltelement 32 vorgeschaltet und dem Treiberelement 44 nachgeschaltet. Das Treiberelement 44 bewirkt abhängig von dem Steuersignal SS eine Steuerung des Schaltelements 32 und damit eine Kommutierung der elektrischen Maschine 12.
  • Der veränderbare Vorwiderstand 46 wird von einer analogen Operationsverstärkerschaltung 52, insbesondere mit nachführbarem, aktiven Tiefpass, gebildet. Dabei kann der Gesamtwiderstandswert stufenlos abhängig von dem an der Operationsverstärkerschaltung 52 anliegenden Eingangssignal ES veränderbar sein. Das der Operationsverstärkerschaltung 52 bereitgestellte Eingangssignal ES kann als von einem Mikrokontroller aufbereitetes analoges Signal vorliegen.
  • In 5 ist ein Schaltbild der Treiberschaltung 38 (der Steuer- und/oder Regeleinheit 40) in einer dritten Ausgestaltung dargestellt. Der veränderbare Vorwiderstand 46 ist dem Schaltelement 32 vorgeschaltet und in die als ASIC-Treiberschaltung 54 ausgebildete Treiberschaltung 38 integriert. Das Treiberelement 44 bewirkt abhängig von dem Steuersignal SS eine Steuerung des Schaltelements 32 und damit eine Kommutierung der elektrischen Maschine 12. Dabei ist der Gesamtwiderstandswert des Vorwiderstands 46 stufenlos abhängig von dem Eingangssignal ES1 veränderbar. Das Eingangssignal ES kann als von einem Mikrokontroller aufbereitetes analoges Signal vorliegen.
  • In allen hier beschriebenen Fällen ist das Eingangssignal ES von der Betriebstemperatur zumindest eines der Leistungshalbleiter 34 abhängig. Es ist zum Beispiel eine konkrete Betriebstemperatur eines der Leistungshalbleiter 34, ein Mittelwert der Betriebstemperaturen mehrerer bzw. aller Leistungshalbleiter 34, etc.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    elektrische Antriebseinheit
    12
    elektrische Maschine
    14
    Stromrichter
    16
    Anschluss (Gleichstrom)
    18
    Anschluss (Gleichstrom)
    20
    Wechselrichter
    22
    Zwischenkreis-Kondensator
    24
    Strompfad (Wechselstrom)
    26
    Halbbrücke
    28
    Halbbrücke
    30
    Halbbrücke
    32
    Halbleiter-Schaltelement
    34
    Leistungshalbleiter
    36
    Steueranschluss (Schaltelement)
    38
    Treiberschaltung
    40
    Steuer- und/oder Regeleinheit
    42
    Temperaturmesseinrichtung
    44
    Treiberelement
    46
    veränderbarer Vorwiderstand
    48
    Widerstandselement
    50
    Widerstandselement
    52
    Operationsverstärkerschaltung
    54
    ASIC-Treiberschaltung
    ES
    Eingangssignal
    L
    Schaltinduktivität
    SS
    Steuersignal
    U
    Phase 1
    V
    Phase 2
    W
    Phase 3
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017102743 A1 [0003]
    • DE 10207102743 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Steuer- und/oder Regeleinheit (40) zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit (10) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei diese Steuer- und/oder Regeleinheit (40) zum Betreiben der elektrischen Antriebseinheit (10) Leistungshalbleiter (34) von Halbleiter-Schaltelementen (32) der Antriebseinheit (10) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit eingerichtet ist, die Leistungshalbleiter (34) derart anzusteuern, dass sich eine Schaltgeschwindigkeit der Leistungshalbleiter (34) ergibt, die von einer Betriebstemperatur zumindest eines dieser Leistungshalbleiter (34) abhängig ist.
  2. Steuer- und/oder Regeleinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine Treiberschaltung (38) zum Ansteuern der Leistungshalbleiter (34) über Steuerspannungen, wobei die Treiberschaltung (38) eingerichtet ist, die Anstiegszeiten der Steuerspannungen in Abhängig von einem Eingangssignal ES zu wählen, das von der Betriebstemperatur des zumindest einen Leistungshalbleiters (34) abhängt.
  3. Steuer- und/oder Regeleinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (38) oder mindestens eine der Treiberschaltungen (38) ein Treiberelement (44) und mindestens zwei diesem Treiberelement (44) nachgeschaltete Widerstandselemente (48, 50) mit unterschiedlichen Widerstandswerten zur Bildung mindestens eines veränderbaren Vorwiderstands (46) aufweist.
  4. Steuer- und/oder Regeleinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (38) oder mindestens eine der Treiberschaltungen (38) ein Treiberelement (44) und mindestens eine nachgeschaltete Operationsverstärkerschaltung (52), insbesondere mit nachführbarem aktivem Tiefpass, zur Variation der Anstiegszeit der jeweiligen Steuerspannung für die Leistungshalbleiter (34) in Abhängig von dem Eingangssignal ES aufweist.
  5. Steuer- und/oder Regeleinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (38) oder mindestens eine der Treiberschaltungen (38) als ASIC-Treiberschaltung (54) ausgeführt ist, bei der Mittel zur Variation der Anstiegszeit der jeweiligen Steuerspannung für die Leistungshalbleiter (34) in Abhängig von dem Eingangssignal ES bereits integriert sind.
  6. Steuer- und/oder Regeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch zumindest eine Einrichtung (42) zum Ermitteln einer Betriebstemperatur von zumindest einem der Leistungshalbleiter (34).
  7. Treiberschaltung (38) für eine Steuer- und/oder Regeleinheit (40) zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit (10) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Steuer- und/oder Regeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (38) als Treiberschaltung (38) zum Ansteuern mindestens eines Leistungshalbleiters (34) einer elektrischen Antriebseinheit (10) über Steuerspannungen, wobei die Treiberschaltung (38) eingerichtet ist, die Anstiegszeiten der Steuerspannungen in Abhängig von einem Eingangssignal ES zu wählen, das von der Betriebstemperatur des zumindest einen Leistungshalbleiters (34) abhängt.
  8. Treiberschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (38) - ein Treiberelement (44) und mindestens zwei diesem Treiberelement (44) nachgeschaltete Widerstandselemente (48, 50) mit unterschiedlichen Widerstandswerten zur Bildung mindestens eines der veränderbaren Vorwiderstände (46) aufweist oder - ein Treiberelement (44) und mindestens eine nachgeschaltete Operationsverstärkerschaltung (52), insbesondere mit nachführbarem aktivem Tiefpass, zur Variation der Anstiegszeit der jeweiligen Steuerspannung für die Leistungshalbleiter (34) in Abhängig von dem Eingangssignal ES aufweist oder - als ASIC-Treiberschaltung (54) ausgeführt ist, bei der Mittel zur Variation der Anstiegszeit der jeweiligen Steuerspannung für die Leistungshalbleiter (34) in Abhängig von dem Eingangssignal ES bereits integriert sind.
  9. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit (10) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei für diesen Betrieb Leistungshalbleiter (34) von Halbleiter-Schaltelementen (32) der Antriebseinheit (10) angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungshalbleiter (34) derart angesteuert werden, dass sich eine Schaltgeschwindigkeit der Leistungshalbleiter (34) ergibt, die von einer Betriebstemperatur zumindest eines dieser Leistungshalbleiter (34) abhängt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Leistungshalbleiter (34) mittels mindestens einer Treiberschaltung (38) zum Ansteuern dieser Leistungshalbleiter (34) über veränderbare Vorwiderstände (46), insbesondere einer Treiberschaltung (38) nach Anspruch 7 oder 8, erfolgt.
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