DE102020114283B3 - Elektrische Schaltungsanordnung und Antriebsanordnung zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Elektrische Schaltungsanordnung und Antriebsanordnung zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Patrick Augustin
Vincent Leonhardt
Denis Muller
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Abstract

Elektrische Schaltungsanordnung umfassend einen Wechselrichter (4), eine Treiberschaltung (5) und eine Schutzschaltung (6), wobei der Wechselrichter (4) mehrere Wechselrichterschaltelemente (9) mit jeweils einem Ansteueranschluss (13, 14) umfasst, wobei wenigstens ein Ansteueranschluss (13, 14) eines Wechselrichterschaltelements (9) über ein erstes Schaltelement (15) der Schutzschaltung (6) mit der Treiberschaltung (5) verbunden ist, wobei ein Ansteueranschluss (16) des ersten Schaltelements (15) mit einem Schaltungsknoten (17) verbunden ist, welcher über einen Widerstand (24) mit einem ersten Potential und über ein zweites Schaltelement (23) mit einem zweiten Potential verbunden ist, wobei die Schutzschaltung eine Vergleichseinrichtung (18) umfasst, deren Eingang mit einer Betriebsspannung und einer Referenzspannung verbunden ist und deren Ausgang (21) mit einem Ansteueranschluss (22) des zweiten Schaltelements (23) verbunden ist, so dass bei Abweichen der Betriebsspannung von der Referenzspannung das zweite Schaltelement (23) geschaltet und durch das dadurch an dem Schaltungsknoten (17) anliegende Potential das erste Schaltelement (15) geöffnet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung umfassend einen Wechselrichter, eine Treiberschaltung und eine Schutzschaltung, wobei der Wechselrichter mehrere Wechselrichterschaltelemente mit jeweils einem Ansteueranschluss umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Antriebsanordnung zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs.
  • Zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs werden beispielsweise elektrische Maschinen verwendet, welche mit einem über einen Wechselrichter bereitgestellten Wechselstrom betrieben werden. Durch den Wechselrichter kann dabei ein einer Gleichstromquelle, beispielsweise einer Fahrzeugbatterie, entnommener Gleichstrom in einen Wechselstrom zum Betreiben der elektrischen Maschine gewandelt werden. Dazu können die Schaltelemente des Wechselrichters von einer Treiberschaltung angesteuert werden. In Kraftfahrzeugen, aber auch bei anderen Anwendungen, ist es aus Sicherheitsgründen wünschenswert, wenn bei Auftreten eines Fehlers ein sicherer Zustand der elektrischen Maschine und/oder des Wechselrichters erreicht werden kann, um insbesondere einen unerwünschten Betriebszustand der elektrischen Maschine zu vermeiden. Dazu ist es bekannt, zur Funktionsüberwachung des Wechselrichters und/oder der elektrischen Maschine eingerichtete Recheneinrichtungen zu verwenden, in welchen softwareseitig verschiedene Sicherheitsfunktionen implementiert sind. Solche mit Sicherheitsfunktionen ausgestattete Recheneinrichtungen sind jedoch kostenintensiv und schränken unter Umständen einen zur Ausbildung der weiteren Komponenten zur Verfügung stehenden Designspielraum ein.
  • Bezüglich des Standes der Technik wird auf die US 2011/0317315 A1 , die DE 102 18 070 A1 und die WO 2019/123716 A1 verwiesen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektrische Schaltungsanordnung anzugeben, welche insbesondere eine einfach zu realisierende Schutzfunktion bietet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer elektrischen Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens ein Ansteueranschluss eines Wechselrichterschaltelements über ein erstes Schaltelement der Schutzschaltung mit der Treiberschaltung verbunden ist, wobei ein Ansteueranschluss des ersten Schaltelements mit einem Schaltungsknoten verbunden ist, welcher über einen Widerstand mit einem ersten Potential und über ein zweites Schaltelement mit einem zweiten Potential verbunden ist, wobei die Schutzschaltung eine Vergleichseinrichtung umfasst, deren Eingang mit einer Betriebsspannung und einer Referenzspannung verbunden ist und deren Ausgang mit einem Ansteueranschluss des zweiten Schaltelements verbunden ist, so dass bei Abweichen der Betriebsspannung von der Referenzspannung das zweite Schaltelement geschaltet und durch das dadurch an dem Schaltungsknoten anliegende Potential das erste Schaltelement geöffnet wird.
  • Die Verbindung von der Treiberschaltung mit dem Wechselrichter erfolgt derart, dass zumindest ein Ansteueranschluss eines der Wechselrichterschaltelemente über das erste Schaltelement mit der Treiberschaltung verbunden ist. Dadurch kann durch ein Öffnen des ersten Schaltelements eine Trennung der Treiberschaltung von dem Ansteueranschluss des Wechselrichterschaltelements erfolgen, so dass durch ein Öffnen des ersten Schaltelements bei Auftreten einer einen Fehlerfall darstellenden Abweichung zwischen der Betriebsspannung und der Referenzspannung eine Unterbrechung der Verbindung zwischen der Treiberschaltung und der Wechselrichterschaltung erreicht wird. Dies vermeidet in dem Fehlerfall eine unerwünschte Ansteuerung des Wechselrichters bzw. der Wechselrichterschaltelemente durch die Treiberschaltung. Insbesondere wird ein sicherer Zustand des Wechselrichters und einer mit dem Wechselrichter verbunden elektrischen Maschine auch bei einem Defekt der Treiberschaltung und/oder einem Defekt eines mit der Treiberschaltung verbundenen Steuergeräts erreicht.
  • Durch das Verwenden der Vergleichseinrichtung, welche eine Betriebsspannung mit einer Referenzspannung vergleicht und welche bei Abweichen der Betriebsspannung von der Referenzspannung, insbesondere bei Überschreiten der Referenzspannung durch die Betriebsspannung, das zweite Schaltelement schaltet, so dass durch das nach dem Schalten des zweiten Schaltelements an dem Schaltungsknoten anliegende Potential ein Öffnen des ersten Schaltelements bewirkt wird, wird vorteilhaft eine einfach und insbesondere nur durch analoge Bauteile zu realisierende Schutzschaltung geschaffen. Auf eine Verwendung von komplexen Recheneinrichtungen zur Fehlerüberwachung und/oder von softwarebasierten Sicherheitsfunktionen kann somit vorteilhaft verzichtet werden.
  • Der Schaltungsknoten ist über einen Widerstand mit einem ersten Potential verbunden, wobei bei zum Beispiel bei geöffnetem zweiten Schaltelement, das heißt beispielsweise in einem Zustand, in dem die Betriebsspannung zumindest im Wesentlichen der Referenzspannung entspricht oder diese zum Beispiel unterschreitet, auch am Schaltungsknoten das erste Potential anliegt. Dieses durch die Verbindung des Schaltungsknotens mit dem Ansteueranschluss des wenigstens einen ersten Schaltelements verbundene erste Potential bewirkt beispielsweise, dass in diesem Zustand das erste Schaltelement geschlossen ist, so dass die Verbindung zwischen der Treiberschaltung und dem wenigstens einen Ansteueranschluss wenigstens eines der Wechselrichterschaltelemente besteht und ein Betrieb aller Wechselrichterschaltelemente des Wechselrichters durch die Treiberschaltung möglich ist.
  • Bei Abweichen der Betriebsspannung von der Referenzspannung, insbesondere bei einem Überschreiten der Referenzspannung durch die Betriebsspannung, wird durch die Vergleichseinrichtung das zweite Schaltelement zum Beispiel leitfähig geschaltet, so dass eine Verbindung des Schaltungsknotens mit dem zweiten Potential erfolgt, welches aufgrund des zwischen dem ersten Potential und dem Schaltungsknoten geschalteten Widerstands durch das Schließen des zweiten Schaltelements auch am Schaltungsknoten anliegt. Durch die Verbindung des Schaltungsknotens mit dem Ansteueranschluss des wenigstens einen ersten Schaltelements liegt das zweite Potential dann auch am Ansteueranschluss des ersten Schaltelements an, wobei das zweite Potential bewirkt, dass das erste Schaltelement geöffnet wird und eine Trennung wenigstens eines Ansteueranschlusses eines Wechselrichterschaltelements von der Treiberschaltung erfolgt. Dabei kann das erste Potential beispielsweise ein positives Potential und das zweite Potential ein Massepotential sein. Das erste Schaltelement kann als ein Transistor, insbesondere als ein normal sperrender n-Kanal-Feldeffekttransistor, ausgeführt sein. Die Vergleichseinrichtung kann insbesondere derart ausgeführt sein, dass bei Abweichen der Betriebsspannung von der Referenzspannung ein insbesondere positives Potential an ihrem Ausgang anliegt, so dass entsprechend ein Schalten eines beispielsweise ebenfalls als normal sperrender n-Kanal-Feldeffekttransistor ausgeführten zweiten Schaltelements möglich ist.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Schaltungsknoten mit einem Ansteueranschluss eines dritten Schaltelements verbunden ist, wobei das dritte Schaltelement das erste Potential mit dem Ansteueranschluss des Wechselrichterschaltelements verbindet. Der Ansteueranschluss des dritten Schaltelements ist dabei mit dem Schaltungsknoten verbunden und somit über den Widerstand mit dem ersten Potential. Die schaltbare Strecke des dritten Schaltelements, beispielsweise eine Drain-Source-Strecke, ist mit einem Anschluss insbesondere direkt mit dem ersten Potential und mit dem zweiten Anschluss mit dem Ansteueranschluss des Wechselrichters verbunden. Die Verbindung zwischen dem dritten Schaltelement und dem Ansteueranschluss des wenigstens einen Wechselrichterschaltelements ist dabei derart, dass diese Verbindung nach einem Öffnen des ersten Schaltelements nicht unterbrochen wird, mithin ist also das dritte Schaltelement zwischen dem ersten Schaltelement und dem Ansteueranschluss des Wechselrichters mit dem Ansteueranschluss des Wechselrichters verbunden.
  • Durch das Vorsehen des dritten Schaltelements wird erreicht, dass bei einem Schalten des zweiten Schaltelements durch ein Schließen des dritten Schaltelements eine Verbindung des ersten Potentials mit dem Ansteueranschluss des Wechselrichterschaltelements entsteht, wodurch ein definierter Schaltzustand des Wechselrichterschaltelements eingestellt werden kann. Dies erfolgt insbesondere unabhängig von der Treiberschaltung, welche in diesem Fall durch das Öffnen des ersten Schaltelements nicht mehr mit dem Ansteueranschluss des Wechselrichterschaltelements verbunden ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Anlegen des ersten Potentials an den Ansteueranschluss des Wechselrichterschaltelements ein Schließen des Wechselrichterschaltelements bewirkt. Somit kann bei einem festgestellten Abweichen der Betriebsspannung von der Referenzspannung neben einer Trennung wenigstens eines Ansteueranschlusses eines Wechselrichterschaltelements ein definierter Zustand des Wechselrichterschaltelements, nämlich ein leitfähiger Zustand, eingestellt werden. Dies ermöglicht insbesondere, dass bei einem mit einer elektrischen Maschine verbundenen Wechselrichter durch einen Weiterbetrieb der elektrischen Maschine induzierte Spannungen gezielt abgeleitet werden können.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wechselrichter mehrere Halbbrücken umfasst, wobei jede der Halbbrücken jeweils ein Wechselrichterschaltelement als einen Highside-Schalter und ein Wechselrichterschaltelement als einen Lowside-Schalter umfasst, wobei die die Ansteueranschlüsse der Lowside-Schalter jeweils über ein erstes Schaltelement mit der Treiberschaltung verbunden sind, wobei die Ansteueranschlüsse der ersten Schaltelemente mit dem Schaltungsknoten verbunden sind. Der Wechselrichter kann insbesondere ein dreiphasiger Wechselrichter sein und drei Halbbrücken umfassen, wobei jede Halbbrücke einen Highside-Schalter und einen Lowside-Schalter umfasst. Durch das Verbinden aller drei Lowside-Schalter über jeweils ein erstes Schaltelement mit der Treiberschaltung wird es ermöglicht, die Treiberschaltung von allen drei Lowside-Schaltern bei Auftreten der Abweichung zwischen der Betriebsspannung und der Referenzspannung zu trennen.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein gegebenenfalls vorhandenes drittes Schaltelement mit den Anschlüssen mehrerer, insbesondere aller Lowside-Schalter verbunden ist, so dass nach dem Abtrennen der Lowside-Schalter von der Treiberschaltung über das dritte Schaltelement ein definierter Zustand der Lowside-Schalter, insbesondere ein geschlossener Zustand der Lowside-Schalter, eingestellt werden kann. Das Leitfähigschalten insbesondere aller Lowside-Schalter des Wechselrichters ermöglicht es, dass eine durch einen Weiterbetrieb einer mit dem Wechselrichter verbundenen elektrischen Maschine erzeugte bzw. induzierte Spannung keine weitere Erhöhung der Betriebsspannung und somit keine Schäden an der elektrischen Schaltungsanordnung oder an weiteren, mit der elektrischen Schaltungsanordnung verbundenen Komponenten verursacht.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vergleichseinrichtung ein Komparator ist. Durch den Komparator kann in sehr einfacher Weise ein Abweichen der Betriebsspannung von der Referenzspannung, insbesondere ein Überschreiten der Referenzspannung durch die Betriebsspannung, ermittelt werden, wobei bei einem Überschreiten der Referenzspannung durch die Betriebsspannung am Ausgang des Komparators beispielsweise ein hohes Potential anliegt. In Normalbetriebszuständen, in denen die Betriebsspannung die Referenzspannung nicht übersteigt, kann am Ausgang des Komparators ein niedriges Spannungspotential, beispielsweise ein Massepotential, anliegen. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass über den Ausgang des Komparators das zweite Schaltelement geschaltet werden kann, beispielsweise kann das zweite Schaltelement bei Abweichen der Betriebsspannung von der Referenzspannung leitfähig geschaltet werden. Weiterhin kann der Komparator als ein analoges Bauteil ausgeführt sein, so dass vorteilhaft eine Schutzfunktion ohne die Verwendung von Recheneinrichtungen und/oder von Software ermöglicht wird.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Ausgang der Vergleichseinrichtung mit einem Abschaltanschluss der Treiberschaltung verbunden ist. Der Abschaltanschluss der Treiberschaltung kann insbesondere derart ausgeführt sein, dass bei Anlegen des bei einer Abweichung der Betriebsspannung von der Referenzspannung am Ausgang der Vergleichseinrichtung anliegenden Potentials an den Abschaltanschluss eine Funktion der Treiberschaltung abgeschaltet wird, mithin also durch die Treiberschaltung keine Ansteuerung des Wechselrichters bzw. der Wechselrichterschaltelemente mehr erfolgt. Vorteilhaft ist der Ansteueranschluss derart ausgeführt, dass bei Anlegen eines hohen Potentials am Ausgang einer als Komparator ausgeführten Vergleichseinrichtung, bzw. bei einem Überschreiten der Referenzspannung durch die Betriebsspannung, eine Aktivierung des Abschaltanschlusses und somit eine Deaktivierung bzw. eine Abschaltung der Treiberschaltung erfolgt.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Betriebsspannung eine mit einer Gleichspannungsseite des Wechselrichters verbundene Gleichspannung ist. Durch die Überwachung dieser Betriebsspannung mittels der Schutzschaltung wird erreicht, dass bei einer unerwünschten Erhöhung dieser Betriebsspannung, beispielsweise infolge eines aufgetretenen Fehlers oder Ähnlichem, keine Beschädigung der elektrischen Schaltungsanordnung erfolgt. Bei der Betriebsspannung kann es sich um eine Gleichspannung zwischen 12 V und 60 V, insbesondere um eine Gleichspannung von 48 V, handeln.
  • Für eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs ist vorgesehen, dass sie eine elektrische Antriebsmaschine und eine erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung umfasst, wobei der Wechselrichter der elektrischen Schaltungsanordnung mit der elektrischen Antriebsmaschine verbunden ist. Die elektrische Antriebsmaschine kann dabei insbesondere derart ausgeführt sein, dass mit ihr ein Kraftfahrzeug zumindest zeitweise bewegt werden kann. Der Wechselrichter kann dazu beispielsweise mit einer Gleichstromquelle wie einer Batterie verbindbar oder verbunden sein, so dass durch den Wechselrichter aus der Batterie entnommener Gleichstrom zum Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine entnommen werden kann.
  • Sämtliche vorangehend in Bezug zur elektrischen Schaltungsanordnung beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Antriebsanordnung.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
    • 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung, und
    • 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung.
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1 zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Antriebsanordnung 1 umfasst eine elektrische Antriebsmaschine 2 und eine elektrische Schaltungsanordnung 3. Die elektrische Schaltungsanordnung 3 umfasst einen Wechselrichter 4, eine Treiberschaltung 5 sowie eine Schutzschaltung 6. Dabei ist die Treiberschaltung 5 mit der Schutzschaltung 6 und dem Wechselrichter 4 verbunden.
  • Über die Treiberschaltung 5 kann der Wechselrichter 4 betrieben werden, so dass durch den Wechselrichter 4 beispielsweise ein von einer mit dem Wechselrichter 4 verbundenen Gleichspannungsquelle 7, beispielsweise einer Batterie, bereitgestellter Gleichstrom in einen Wechselstrom zum Betreiben der elektrischen Maschine 2 gewandelt werden kann. Die Treiberschaltung 5 kann ihrerseits mit einem Steuergerät 8 verbunden sein, welches beispielsweise bei Betrieb des Antriebssystems 1 in einem Kraftfahrzeug einzustellende Betriebspunkte für die elektrische Antriebsmaschine 2 empfängt und diese, beispielsweise im Rahmen einer Regelung, durch eine entsprechende Ansteuerung der Treiberschaltung 5 und somit des Wechselrichters 4 umsetzt. Der Aufbau der elektrischen Schaltungsanordnung 3 wird nachfolgend genauer erläutert.
  • In 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 3 dargestellt. Ersichtlich umfasst der Wechselrichter 4 in diesem Ausführungsbeispiel sechs Wechselrichterschaltelemente 9, wobei drei der Wechselrichterschaltelemente 9 jeweils einen Highside-Schalter 10 und die anderen drei jeweils einen Lowside-Schalter 11 jeweils einer von drei Halbbrücken 12 des Wechselrichters 4 bilden. Die Brückenpunkte der Halbbrücken 12 sind mit den Phasen U, V und W der elektrischen Maschine 2 verbunden oder verbindbar. Der Wechselrichter 4 wird von einer Gleichspannung UDC betrieben, welche beispielsweise wie in 1 gezeigt von der Gleichstromquelle 7 bereitgestellt werden kann.
  • Die Wechselrichterschaltelemente 9, welche beispielsweise als Bipolartransistoren mit isolierendem Gate (IGBTs) oder als Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) ausgebildet sind, umfassen jeweils einen zum Beispiel als Gate-Anschluss ausgeführten Ansteueranschluss 13 bzw. 14. Die Ansteueranschlüsse 13 der Highside-Transistoren 10 sind direkt mit der Treiberschaltung 5 verbunden, wohingegen die Ansteueranschlüsse 14 der Lowside-Transistoren 11 jeweils über ein erstes Schaltelement 15 der Schutzschaltung 6 mit der Treiberschaltung 5 verbunden sind. Die Ansteueranschlüsse 16 der ersten Schaltelemente 15 sind mit einem Schaltungsknoten 17 verbunden.
  • Die Schutzschaltung 6 umfasst weiterhin eine Vergleichseinrichtung 18, welche als ein analoger Komparator ausgeführt ist. Ein erster eingangsseitiger Anschluss 19 des Komparators ist mit der Betriebsspannung UDC verbunden, wobei ein zweiter eingangsseitiger Anschluss 20 des Komparators mit einer Referenzspannung UREF verbunden ist. Der Komparator ist weiterhin mit einem Spannungspotential VK und mit Masse (GND) verbunden. Wenn die Betriebsspannung UDC kleiner als die Referenzspannung UREF ist, liegt am Ausgang des Komparators das niedrige Potential, im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Massepotential, an. Entsprechend liegt am Ausgang 21 des Komparators das Potential VK an, wenn die Betriebsspannung UDC größer als die Referenzspannung UREF ist. Der Ausgang 21 des Komparators ist mit einem Ansteueranschluss 22 eines zweiten Schaltelements 23 verbunden.
  • Der Schaltungsknoten 17 ist über einen Widerstand 24 mit einem ersten Potential V1 verbunden und über das zweite Schaltelement 23, bzw. über die schaltbare Drain-Source-Strecke des zweiten Schaltelements 23, mit einem zweiten Potential V2 , welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Massepotential ist, verbunden. Weiterhin ist der Schaltungsknoten 17 mit einem Ansteueranschluss 25 eines dritten Schaltelements 26 verbunden.
  • Der Ausgang 21 des Komparators 18 ist mit einem Abschaltanschluss 27 der Treiberschaltung 5 verbunden. Wenn die Betriebsspannung UDC kleiner ist als die Referenzspannung UREF liegt am Ausgang 21 des Komparators 18 das Massepotential an und das zweite Schaltelement 23 ist sperrend geschaltet. Dadurch liegt am Schaltungsknoten 17 das erste Potential V1 an, welches ebenfalls an den Ansteueranschlüssen 16 der ersten Schaltelemente 15 anliegt und bewirkt, dass die ersten Schaltelemente 15 jeweils geschlossen bzw. leitfähig geschaltet sind. In diesem Zustand kann eine Ansteuerung der Wechselrichterschaltelemente 9 durch die Treiberschaltung 5 erfolgen.
  • In dem Fall, in dem die Betriebsspannung UDC die Referenzspannung UREF überschreitet, liegt am Ausgang 21 des Komparators 18 das Potential VK an. Dieses liegt durch die Verbindung mit dem Abschaltanschluss 27 der Treiberschaltung 5 ebenfalls an dem Abschaltanschluss 27 der Treiberschaltung 5 an und bewirkt, dass die Treiberschaltung 5 abgeschaltet wird bzw. dass durch die Treiberschaltung 5 keine Ansteuerung der Wechselrichterschaltelemente 9 des Wechselrichters 4 erfolgt.
  • Weiterhin bewirkt das am Ansteueranschluss 22 des zweiten Schaltelements 23 anliegende Potential VK , dass das zweite Schaltelement 23 leitfähig geschaltet wird, so dass am Schaltungsknoten 17 das Potential V2 , vorliegend ein Massepotential, anliegt. Das Potential V2 liegt aufgrund der Verbindung des Schaltungsknotens 17 mit den Ansteueranschlüssen 16 der ersten Schaltelemente 15 ebenfalls an den ersten Ansteueranschlüssen 16 an und bewirkt, dass die ersten Schaltelemente 15 geöffnet bzw. sperrend geschaltet werden. Weiterhin bewirkt das am Schaltungsknoten 17 anliegende Potential V2 , dass das dritte Schaltelement 26 leitfähig geschaltet wird, so dass das erste Potential V1 an den Ansteueranschlüssen 14 der Lowside-Schalter 11 des Wechselrichters 4 anliegt. Das Potential V1 bewirkt dabei, dass die Lowside-Schalter 11 jeweils leitfähig geschaltet werden, so dass ein beispielsweise an den Phasen U, V, W angeschlossene elektrischer Antriebsmotor keine weitere Erhöhung der Betriebsspannung UDC , beispielsweise durch Induktion oder Ähnliches, erzeugen kann.
  • Das Potential V1 ist ein positives Potential, welches größer als das Potential V2 bzw. größer als das Massepotential ist. Auch das Potential VK ist ein positives Potential, welches insbesondere dem Potential V1 entsprechen kann. Die ersten Schaltelemente 15 sowie das zweite Schaltelement 23 sind als normal sperrende n-Kanal-Feldeffekttransistoren ausgebildet. Das dritte Schaltelement 26 ist als ein normal sperrender p-Kanal-Feldeffekttransistor ausgeführt, so dass er leitfähig geschaltet wird, wenn das Potential V2 bzw. das Massepotential an dem Ansteueranschluss 25 anliegt. Es ist auch möglich, dass Potentiale V1 , V2 und/oder VK mit anderen Polaritäten verwendet werden bzw. dass statt der jeweils dargestellten massepotential von einem Massepotential verschiedene Potentiale verwendet werden. Dabei können entsprechend auch andere Typen von Schaltelementen für die ersten Schaltelemente 15, das zweite Schaltelement 23 und das dritte Schaltelement 25 verwendet werden, welche entsprechend auch bei anderen Potentialen die vorangehend beschriebenen Funktionen erfüllen.
  • Um unerwünschte Rückkopplungen zu vermeiden, ist zwischen dem Schaltungsknoten 17 und den Ansteueranschlüssen 16 der ersten Schaltelemente 15 eine Diode 28 geschaltet. Entsprechend sind zwischen den Ansteueranschlüssen 14 und dem zweiten Schaltelement 26 jeweils eine Diode 29 angeordnet. Die Dioden 28 und 29 können beispielsweise als Schottky-Dioden ausgeführt sein. Die ersten Schaltelemente 15, das zweite Schaltelement 23 sowie das dritte Schaltelement 26 umfassen weiterhin jeweils eine Freilaufdiode. Bei der Betriebsspannung UDC handelt es sich insbesondere um eine Gleichspannung mit einer Spannung zwischen 12 V und 60 V, insbesondere um eine Spannung von 48 V, welche entsprechned auch an einer Gleichstromseite des Wechselrichters 4 anliegt. Die Betriebsspannung UDC und die Referenzspannung Uref können jeweils direkt oder über jeweils einen aus zwei Widerständen gebildeten Spannungsteiler 30 bzw. 31 an den Anschlüssen 19 bzw. 20 der Vergleichseinrichtung anliegen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebsanordnung
    2
    Antriebsmaschine
    3
    elektrische Schaltungsanordnung
    4
    Wechselrichter
    5
    Treiberschaltung
    6
    Schutzschaltung
    7
    Gleichspannungsquelle
    8
    Steuergerät
    9
    Wechselrichterschaltelement
    10
    Highside-Schalter
    11
    Lowside-Schalter
    12
    Halbbrücke
    13
    Ansteueranschluss
    14
    Ansteueranschluss
    15
    erstes Schaltelement
    16
    Ansteueranschluss
    17
    Schaltungsknoten
    18
    Komparator
    19
    erster Eingang
    20
    zweiter Eingang
    21
    Ausgang
    22
    Ansteueranschluss
    23
    zweites Schaltelement
    24
    Widerstand
    25
    Ansteueranschluss
    26
    drittes Schaltelement
    27
    Abschaltanschluss
    28
    Diode
    29
    Diode
    30
    Spannungsteiler
    31
    Spannungsteiler
    V1
    erstes Potential
    V2
    zweites Potential
    UDC
    Betriebsspannung
    UREF
    Referenzspannung
    U, V, W
    Phase

Claims (7)

  1. Elektrische Schaltungsanordnung umfassend einen Wechselrichter (4), eine Treiberschaltung (5) und eine Schutzschaltung (6), wobei der Wechselrichter (4) mehrere Wechselrichterschaltelemente (9) mit jeweils einem Ansteueranschluss (13, 14) umfasst, wenigstens ein Ansteueranschluss (13, 14) eines Wechselrichterschaltelements (9) über ein erstes Schaltelement (15) der Schutzschaltung (6) mit der Treiberschaltung (5) verbunden ist, ein Ansteueranschluss (16) des ersten Schaltelements (15) mit einem Schaltungsknoten (17) verbunden ist, welcher über einen Widerstand (24) mit einem ersten Potential (V1) und über ein zweites Schaltelement (23) mit einem zweiten Potential (V2) verbunden ist, die Schutzschaltung (6) eine Vergleichseinrichtung (18) umfasst, deren Eingang (19, 20) mit einer Betriebsspannung (UDC) und einer Referenzspannung (UREF) verbunden ist und deren Ausgang (21) mit einem Ansteueranschluss (22) des zweiten Schaltelements (23) verbunden ist, so dass bei Abweichen der Betriebsspannung (UDC) von der Referenzspannung (UREF) das zweite Schaltelement (23) geschaltet und durch das dadurch an dem Schaltungsknoten (17) anliegende Potential das erste Schaltelement (15) geöffnet wird, der Schaltungsknoten (17) mit einem Ansteueranschluss (25) eines dritten Schaltelements (26) verbunden ist, und das dritte Schaltelement (26) das erste Potential (V1) mit dem Ansteueranschluss (13, 14) des Wechselrichterschaltelements (9) verbindet.
  2. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Anlegen des ersten Potentials (V1) an den Ansteueranschluss (13, 14) des Wechselrichterschaltelements (9) ein Schließen des Wechselrichterschaltelements (9) bewirkt.
  3. Elektrische Schaltungsanordnung einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wechselrichter (4) mehrere Halbbrücken (12) umfasst, jede der Halbbrücken (12) jeweils ein Wechselrichterschaltelement (9) als einen Highside-Schalter (10) und ein Wechselrichterschaltelement (9) als einen Lowside-Schalter (11) umfasst, die Ansteueranschlüsse (14) der Lowside-Schalter (11) jeweils über ein erstes Schaltelement (15) mit der Treiberschaltung (5) verbunden sind, und die Ansteueranschlüsse (16) der ersten Schaltelemente (15) mit dem Schaltungsknoten (17) verbunden sind.
  4. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vergleichseinrichtung (18) ein Komparator ist.
  5. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Ausgang (21) der Vergleichseinrichtung (18) mit einem Abschaltanschluss (27) der Treiberschaltung (5) verbunden ist.
  6. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Betriebsspannung (UDC) eine mit einer Gleichspannungsseite des Wechselrichters (4) verbundene Gleichspannung ist.
  7. Antriebsanordnung zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Antriebsmaschine (2) und eine elektrische Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wechselrichter (4) der elektrischen Schaltungsanordnung (1) mit der elektrischen Antriebsmaschine verbunden (2) ist.
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