DE102021131833A1 - Stromquellenwechselrichter mit hybridschaltern - Google Patents

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Muhammad H. Alvi
Alireza Fatemi
Suresh Gopalakrishnan
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Abstract

Ein Stromquellen-Wechselrichter enthält einen ersten Phasen-Abschnitt mit einer Mehrzahl von Schaltvorrichtungen, einen zweiten Phasen-Abschnitt mit einer Mehrzahl von Schaltvorrichtungen und einen dritten Phasen-Abschnitt mit einer Mehrzahl von Schaltvorrichtungen. Der Stromquellenwechselrichter umfasst auch einen Null-Zustands-Phasen-Abschnitt mit mindestens einer Schaltvorrichtung, wobei der Null-Zustands-Phasen-Abschnitt so konfiguriert ist, dass er von einem offenen Zustand, der einen Stromfluss verhindert, in einen geschlossenen Zustand übergeht, um einen Stromfluss zwischen einem positiven und einem negativen Anschluss während einer Totzonenzeit zu ermöglichen.

Description

  • EINFUHRUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Stromquellenwechselrichter und insbesondere auf einen Stromquellenwechselrichter und -gleichrichter mit einer Hybridschalter-Implementierung.
  • Hybridelektrische oder batterieelektrische Fahrzeuggetriebe umfassen in der Regel eine oder mehrere elektrische Hochspannungsmaschinen, wie z. B. einen elektrischen Traktionsmotor. Die Elektromaschinen liefern bzw. laden Energie an eine wiederaufladbare Gleichstrombatterie (DC) oder entnehmen ihr Energie. Die erregten Elektromaschinen stellen die Drehmomente der verschiedenen Zahnradsätze des Getriebes ein, um einen optimalen Systemwirkungsgrad zu erreichen. Umrichter werden in der Regel zur Umwandlung von Spannungen in geeignete Werte für die Nutzung durch die elektrischen Maschinen und/oder Zusatzlasten im Fahrzeug verwendet.
  • Die Halbleiterschalter eines Wechselrichters, z. B. eines Stromquellenwechselrichters oder eines Spannungsquellenwechselrichters, werden über Pulsweitenmodulation oder andere Schaltsteuersignale gesteuert, um die Ausgangsspannung der Batterie in eine Wechselspannung umzuwandeln. Die AC-Ausgangsspannung des Wechselrichters wird schließlich an die einzelnen Phasenwicklungen der elektrischen Maschine übertragen, und die erregte elektrische Maschine treibt den Antriebsstrang des Fahrzeugs an.
  • BESCHREIBUNG
  • Gemäß mehreren Aspekten enthält ein Stromquellenwechselrichter einen ersten Phasen-Abschnitt mit einer Mehrzahl von Schaltvorrichtungen, einen zweiten Phasen-Abschnitt mit einer Mehrzahl von Schaltvorrichtungen und einen dritten Phasen-Abschnitt mit einer Mehrzahl von Schaltvorrichtungen. Der Stromquellenwechselrichter umfasst auch einen Null-Zustands-Phasen-Abschnitt mit mindestens einer Schaltvorrichtung, wobei der Null-Zustands-Phasen-Abschnitt so konfiguriert ist, dass er von einem offenen Zustand, der einen Stromfluss verhindert, in einen geschlossenen Zustand übergeht, um einen Stromfluss zwischen einem positiven und einem negativen Anschluss während einer Totzonenzeit zu ermöglichen.
  • In anderen Merkmalen umfasst die Mehrzahl von Schalteinrichtungen des ersten Phasen-Abschnitts eine bidirektionale Schalteinrichtung und eine unidirektionale Schalteinrichtung, wobei eine Knotenverbindung zu einer Last zwischen der bidirektionalen Schalteinrichtung und der unidirektionalen Schalteinrichtung angeordnet ist.
  • In anderen Merkmalen besteht die bidirektionale Schaltvorrichtung aus einem ersten und einem zweiten Schalter, die in Reihe geschaltet sind.
  • In anderen Fällen sind der erste und der zweite Schalter spannungsgesteuerte Schalter.
  • In anderen Merkmalen umfasst der spannungsgesteuerte Schalter mindestens einen Silizium-Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), einen Siliziumkarbid-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), einen Silizium-Superjunction-MOSFET, einen Galliumnitrid-Feldeffekttransistor (FET), einen SiC-Feldeffekttransistor mit Sperrschicht (JFET), eine Vorrichtung mit breitem Bandabstand (WBG) oder eine Vorrichtung mit ultraweitem Bandabstand (UWBG).
  • In anderen Merkmalen besteht die unidirektionale Schaltvorrichtung aus einem Schalter in Reihe mit einer Diode.
  • In anderen Merkmalen umfasst die Mehrzahl von Schaltvorrichtungen des ersten Abschnitts mindestens einen ersten unidirektionalen Schalter und einen zweiten unidirektionalen Schalter, die in Reihe geschaltet sind, die Mehrzahl von Schaltvorrichtungen des zweiten Abschnitts umfasst mindestens einen ersten unidirektionalen Schalter und einen zweiten unidirektionalen Schalter, die in Reihe geschaltet sind, und die Mehrzahl von Schaltvorrichtungen des dritten Abschnitts umfasst mindestens einen ersten bidirektionalen Schalter und einen zweiten direktionalen Schalter, die in Reihe geschaltet sind.
  • In anderen Merkmalen besteht die mindestens eine Schalteinrichtung des Nullzustands-Phasen-Abschnitts aus einer unidirektionalen Schalteinrichtung.
  • In anderen Merkmalen besteht die mindestens eine Schalteinrichtung des Nullzustands-Phasen-Abschnitts aus einer bidirektionalen Schalteinrichtung.
  • Gemäß mehreren Aspekten enthält ein Stromquellenwechselrichter einen ersten Phasen-Abschnitt mit einer Mehrzahl von Schaltvorrichtungen, einen zweiten Phasen-Abschnitt mit einer Mehrzahl von Schaltvorrichtungen und einen dritten Phasen-Abschnitt mit einer Mehrzahl von Schaltvorrichtungen. Der Stromquellenwechselrichter umfasst auch einen Null-Zustands-Phasen-Abschnitt mit mindestens einer bidirektionalen Schaltvorrichtung, wobei der Null-Zustands-Phasen-Abschnitt so konfiguriert ist, dass er von einem offenen Zustand, der einen Stromfluss verhindert, in einen geschlossenen Zustand übergeht, um einen Stromfluss zwischen einem positiven und einem negativen Anschluss während einer Totzonenzeit zu ermöglichen.
  • In anderen Merkmalen umfasst die Mehrzahl von Schalteinrichtungen des ersten Phasen-Abschnitts eine bidirektionale Schalteinrichtung und eine unidirektionale Schalteinrichtung, wobei eine Knotenverbindung zu einer Last zwischen der bidirektionalen Schalteinrichtung und der unidirektionalen Schalteinrichtung angeordnet ist.
  • In anderen Merkmalen besteht die bidirektionale Schaltvorrichtung aus einem ersten und einem zweiten Schalter, die in Reihe geschaltet sind.
  • In anderen Fällen sind der erste und der zweite Schalter spannungsgesteuerte Schalter.
  • Gemäß mehreren Aspekten enthält ein Stromquellenwechselrichter einen ersten Phasen-Abschnitt mit einer Mehrzahl von Schaltvorrichtungen, einen zweiten Phasen-Abschnitt mit einer Mehrzahl von Schaltvorrichtungen und einen dritten Phasen-Abschnitt mit einer Mehrzahl von Schaltvorrichtungen. Der Stromquellen-Wechselrichter umfasst auch einen Null-Zustands-Phasen-Abschnitt mit mindestens einer unidirektionalen Schaltvorrichtung, wobei der Null-Zustands-Phasen-Abschnitt so konfiguriert ist, dass er von einem offenen Zustand, der einen Stromfluss verhindert, in einen geschlossenen Zustand übergeht, um einen Stromfluss zwischen einem positiven und einem negativen Anschluss während einer Totzonenzeit zu ermöglichen.
  • In anderen Merkmalen umfasst die Mehrzahl von Schalteinrichtungen des ersten Phasen-Abschnitts eine bidirektionale Schalteinrichtung und eine unidirektionale Schalteinrichtung, wobei eine Knotenverbindung zu einer Last zwischen der bidirektionalen Schalteinrichtung und der unidirektionalen Schalteinrichtung angeordnet ist.
  • In anderen Merkmalen besteht die bidirektionale Schaltvorrichtung aus einem ersten und einem zweiten Schalter, die in Reihe geschaltet sind.
  • In anderen Fällen sind der erste und der zweite Schalter spannungsgesteuerte Schalter.
  • In anderen Merkmalen umfasst der spannungsgesteuerte Schalter mindestens einen Silizium-Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), einen Siliziumkarbid-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), einen Silizium-Superjunction-MOSFET, einen Galliumnitrid-Feldeffekttransistor (FET), einen SiC-Feldeffekttransistor mit Sperrschicht-Gate (JFET), eine Vorrichtung mit breitem Bandabstand (WBG) oder eine Vorrichtung mit ultraweitem Bandabstand (UWBG).
  • In anderen Merkmalen besteht die unidirektionale Schaltvorrichtung aus einem Schalter in Reihe mit einer Diode.
  • In anderen Merkmalen umfasst die Mehrzahl von Schaltvorrichtungen des ersten Abschnitts mindestens einen ersten unidirektionalen Schalter und einen zweiten unidirektionalen Schalter, die in Reihe geschaltet sind, die Mehrzahl von Schaltvorrichtungen des zweiten Abschnitts umfasst mindestens einen ersten unidirektionalen Schalter und einen zweiten unidirektionalen Schalter, die in Reihe geschaltet sind, und die Mehrzahl von Schaltvorrichtungen des dritten Abschnitts umfasst mindestens einen ersten bidirektionalen Schalter und einen zweiten direktionalen Schalter, die in Reihe geschaltet sind.
  • Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der vorliegenden Beschreibung ergeben. Es sollte verstanden werden, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zur Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
  • Figurenliste
  • Die hier beschriebenen Figuren dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
    • 1 ist ein Blockdiagramm eines elektrischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • Die 2 bis 4 sind Schaltpläne eines Stromquellenwechselrichters in verschiedenen Ausführungsformen;
    • 5 ist ein Schaltplan eines Null-Zustand-Abschnitts des Stromquellenwechselrichters gemäß einer Beispielimplementierung; und
    • 6 ist ein Diagramm, das beispielhafte Gate-Steuersignale zeigt, die eine Totzonenzeit zwischen zwei Schaltzuständen enthalten.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken.
  • 1 zeigt ein Beispiel für ein elektrisches System 100 gemäß einer Beispielimplementierung. Das elektrische System 100 kann Fahrzeugkomponenten umfassen, wie z. B. Komponenten des Antriebsstrangs und/oder des Fahrantriebs eines Fahrzeugs, zu deren üblichen Funktionen die Versorgung eines Fahrmotors gehören kann, um ein Motordrehmoment zu erzeugen und an ein Antriebsrad zum Antrieb des Fahrzeugs oder zur Durchführung anderer nützlicher Arbeiten an Bord des Fahrzeugs zu liefern. Wie dargestellt, kann das elektrische System 100 eine Batterie 102, ein Steuergerät 104, einen Gate-Treiber 106, einen Stromquellenwechselrichter 108 und einen Motor 110 umfassen.
  • In einer Beispielimplementierung kann die Batterie 102 ein bordseitiges wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS) umfassen, das ein oder mehrere unabhängig voneinander wiederaufladbare Hochspannungsbatteriepakete enthält, die zur Speicherung von elektrischer Hochspannungsenergie für den Antrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs geeignet sind. Bei dem RESS kann es sich um ein Deep-Cycle-Batteriesystem mit hoher Ampere-Kapazität handeln, das für etwa vierhundert (400) bis etwa achthundert (800) Volt Gleichstrom (VDC) oder mehr ausgelegt ist, beispielsweise in Abhängigkeit von der gewünschten Fahrzeugreichweite, dem Gesamtgewicht des Fahrzeugs und den Leistungswerten der verschiedenen Verbraucher, die elektrische Energie aus dem RESS beziehen.
  • Das Steuergerät 104 kann mindestens einen Prozessor und einen ausreichenden Speicher zum Speichern von computerlesbaren Anweisungen umfassen. Der Speicher umfasst einen greifbaren, nicht-übertragbaren Speicher, z. B. einen Festwertspeicher, sei es ein optischer, magnetischer, Flash-Speicher oder ein anderer. Das Steuergerät 104 umfasst auch ausreichende Mengen an Direktzugriffsspeicher, elektrisch löschbarem programmierbarem Festwertspeicher und dergleichen sowie einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Analog-Digital- und Digital-Analog-Schaltungen, Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -vorrichtungen sowie geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen. Das Steuergerät 104 kann Ladeanforderungssignale von einem oder mehreren elektronischen Steuergeräten (ECUs) des Fahrzeugs empfangen. Zum Beispiel kann ein mit dem Fahrzeug verbundenes Steuergerät ein Anforderungssignal für eine Drehmomenterhöhung liefern. Basierend auf dem Anforderungssignal für die Drehmomenterhöhung kann das Steuergerät 104 ein Steuersignal an den Gate-Treiber 106 senden, um einen oder mehrere Schalter innerhalb des Stromquellen-Wechselrichters 108 zu steuern, um eine Ausgangswechselspannung oder einen Ausgangsstrom an die Last 110 zu liefern. Der Stromquellenwechselrichter 108 kann die Übertragung von elektrischer Energie zur und von der Last 110 steuern. Wie dargestellt, kann der Gate-Treiber 106 über einen Bus 112 mit dem Stromquellen-Wechselrichter 108 verbunden sein. Der Bus 112 stellt eine Verbindung zwischen dem Gate-Treiber 106 und jedem der Schalter und/oder Abschnitte des Stromquellenwechselrichters 108 her. In verschiedenen Implementierungen kann die Steuerung 104 einen Pulsbreitenmodulator enthalten, der pulsbreitenmodulierte Signale an den Gate-Treiber 106 liefert. Der Gate-Treiber 106 kann den Stromquellenwechselrichter 108 auf der Grundlage der von dem Pulsbreitenmodulator empfangenen Signale betreiben.
  • Die Last 110 umfasst in einem Ausführungsbeispiel einen Fahrmotor 202 (siehe 2). Der Fahrmotor 202 kann mehrere Maschinenwicklungen enthalten, die mindestens Drehstrom liefern können, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen und einen Rotor des Fahrmotors 202 zu drehen, um das Fahrzeug anzutreiben.
  • In den 2 bis 4 sind Beispielimplementierungen des Stromquellenwechselrichters 108 dargestellt. Wie nachstehend näher erläutert, umfasst der in den 2 und 3 dargestellte Stromquellenwechselrichter 108 Phasen-Abschnitt, die ungleiche Schalter umfassen, z. B. umfasst ein Schalter des Phasen-Abschnitts eine vollständig bidirektionale Schaltervorrichtung und der andere Schalter eine unidirektionale Schaltervorrichtung zur Sperrung der Rückspannung. Wie weiter unten erläutert, kann die unidirektionale Schaltervorrichtung mindestens zwei spannungsgesteuerte Schalter umfassen, die in Reihe geschaltet sind. 4 zeigt eine Beispielimplementierung, bei der der Stromquellenwechselrichter 108 zwei Abschnitte, die jeweils aus mindestens zwei unidirektionalen Schaltvorrichtungen bestehen, und einen einzigen Abschnitt, der aus mindestens zwei bidirektionalen Schaltvorrichtungen besteht, umfasst.
  • Jede der Implementierungen kann außerdem einen weiteren Abschnitt, z. B. einen Null-Zustand-Abschnitt, enthalten, der mindestens einen spannungsgesteuerten Schalter umfasst. Der Nullzustands-Abschnitt kann gesteuert werden, um offene Schaltkreise innerhalb des Stromquellenwechselrichters 108 zu entschärfen, wie hier beschrieben. In einer Beispielimplementierung kann der Nullzustands-Abschnitt aus einem spannungsgesteuerten Schalter in Reihe mit einer Diode bestehen, z. B. einer unidirektionalen Schaltvorrichtung. In einer anderen Beispielimplementierung kann der Nullzustands-Abschnitt aus einer bidirektionalen Schaltvorrichtung bestehen, die zwei in Reihe geschaltete spannungsgesteuerte Schalter umfasst. Bei diesen Implementierungen sind die Gate-Anschlüsse der spannungsgesteuerten Schalter der bidirektionalen Schaltvorrichtung mit demselben Ausgang des Gate-Treibers 106 verbunden.
  • Die spannungsgesteuerten Schalter können unter anderem einen Silizium-Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), einen Siliziumcarbid-(SiC)-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), einen Silizium-(Si)-Superübergangs-MOSFET, einen Galliumnitrid-(GaN)-Feldeffekttransistor (FET) einem SiC-Feldeffekttransistor mit Sperrschicht (JFET), einem anderen Breitbandlücken- (WBG) oder Ultrabreitbandlücken-Halbleiter-Leistungsschalter (UWBG) oder einem anderen geeigneten Schalter mit einem entsprechenden Gate, an das ein Gate-Signal angelegt wird, um den Ein/Aus-Zustand eines bestimmten Schalters zu ändern. Es versteht sich, dass die Schalter in einigen Ausführungsformen stromgesteuerte Schalter sein können.
  • Der hier verwendete Begriff „Diode“ kann sich auf verschiedene Diodentypen beziehen, z. B. einen p-n-Übergang, eine Schottky-Barriere usw. mit unterschiedlichen Werten. Nach dem Verständnis des Fachmanns ist eine Diode ein elektrisches Bauteil mit zwei Anschlüssen, das den Strom hauptsächlich in einer Richtung von einer Anode zu einer Kathode leitet.
  • Wie aus den und hervorgeht, umfasst der Stromquellenwechselrichter 108 einen Nullzustands-Abschnitt 204 und mehrere Phasen-Abschnitte 206, 208, 210, die eine oder mehrere Schaltvorrichtungen umfassen, wie nachstehend ausführlicher beschrieben. Die Phasen-Abschnitte 206, 208, 210 sind jeweils mit einem entsprechenden Maschinenphasenanschluss des Traktionsmotors 202 verbunden, z. B. mit einer der Maschinenwicklungen des Traktionsmotors 202.
  • Wie dargestellt, enthalten die Phasen-Abschnitt 206, 208, 210 jeweils eine voll bidirektionale Schaltvorrichtung und/oder eine unidirektionale, die Rückspannung blockierende Schaltvorrichtung. Der Phasen-Abschnitt 206 umfasst eine erste bidirektionale Schaltvorrichtung 218, die einen ersten Schalter 220 und einen zweiten Schalter 222 umfasst, z. B. spannungsgesteuerte Schalter. Der Phasen-Abschnitt 206 umfasst auch eine unidirektionale Schaltvorrichtung 290 mit einem dritten Schalter 224 und einer ersten Diode 226. Der Phasen-Abschnitt 208 enthält eine zweite bidirektionale Schaltvorrichtung 228, die einen vierten Schalter 230 und einen fünften Schalter 232 umfasst. Der Phasen-Abschnitt 208 umfasst auch eine unidirektionale Schaltvorrichtung 292, die einen sechsten Schalter 234 und eine zweite Diode 236 enthält. Der Phasen-Abschnitt 210 umfasst eine dritte bidirektionale Schaltvorrichtung 238, die einen siebten Schalter 240 und einen achten Schalter 242 umfasst. Der Phasen-Abschnitt 210 umfasst auch eine unidirektionale Schaltvorrichtung 294, die einen neunten Schalter 244 und eine dritte Diode 246 umfasst.
  • Der Bus 112 kann an verschiedene Gate-Anschlüsse der Schalter 220, 222, 224, 230, 232, 234, 240, 242, 244 angeschlossen werden. In einer Beispielimplementierung sind die Gate-Anschlüsse der Schalter, die die bidirektionalen Schaltvorrichtungen 218, 228, 238 umfassen, mit einem entsprechenden Ausgang des Gate-Treibers 106, z. B. dem Bus 112, verbunden. Zum Beispiel sind die Gate-Anschlüsse der Schalter 220, 222 mit einem ersten Ausgang, die Gate-Anschlüsse der Schalter 230, 232 mit einem zweiten Ausgang und die Gate-Anschlüsse der Schalter 240, 242 mit einem dritten Ausgang verbunden. Somit erhalten die Gate-Anschlüsse für die bidirektionalen Schalter 218, 228, 238 jeweils ein entsprechendes Gate-Steuersignal. Die Gate-Anschlüsse für die Schalter 222, 232, 242 sind mit separaten Gate-Treiberausgängen 106 verbunden.
  • Auf der Grundlage von Steuersignalen von der Steuereinheit 104 liefert der Gate-Treiber 106 Gate-Steuersignale an den Gate-Anschluss der Schalter 220, 222, 224, 230, 232, 234, 240, 242, 244, um zu bewirken, dass die Schalter 220, 222, 224, 230, 232, 234, 240, 242, 244 zwischen einem offenen Zustand und einem geschlossenen Zustand übergehen, um den Stromfluss innerhalb des Stromquellenwechselrichters 108 zu steuern.
  • Wie in 2 und 3 gezeigt, sind die Knoten 280, 282, 284, die mit den jeweiligen Phasen-Abschnitten 206, 208, 210 des Fahrmotors 202 verbunden sind, zwischen den bidirektionalen Schaltvorrichtungen 218, 228, 238 der Phasen-Abschnitt 206, 208, 210 und den Schaltern 224, 234, 244 angeordnet, die mit den Dioden 226, 236, 246 der entsprechenden Phasen-Abschnitt 206, 208, 210 in Reihe geschaltet sind. In diesen Ausführungen ermöglichen die mit den Dioden 226, 236, 246 in Reihe geschalteten Schalter 224, 234, 244, z. B. die unidirektionalen Schaltvorrichtungen 290, 292, 294, einen Stromfluss in einer Richtung. Wie in 2 und 3 gezeigt, können die Positionen der bidirektionalen Schaltvorrichtungen 218, 228, 238 und der unidirektionalen Schaltvorrichtungen 290, 292, 294 in einigen Ausführungen vertauscht werden, z. B. austauschbar sein. In den und sind zwar nur drei (3) Phasen dargestellt, es versteht sich jedoch, dass verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf eine Anzahl N von Phasen erweitert werden können, wobei N eine ganze Zahl ist.
  • 4 zeigt eine Beispielimplementierung des Stromquellenwechselrichters 106 mit den Phasen-Abschnitten 302, 304, 306. Wie dargestellt, umfassen die Phasen-Abschnitt 302, 304 unidirektionale Schaltvorrichtungen 306, 308, 310, 312. Die unidirektionalen Schaltvorrichtungen 306, 308, 310, 312 umfassen jeweils einen entsprechenden Schalter 314, 316, 318, 320, der in Reihe mit einer Diode 322, 324, 326, 328 geschaltet ist. Wie dargestellt, sind die Knoten 330, 332 zwischen den unidirektionalen Schaltvorrichtungen der Phasen-Abschnitt 302, 304 angeordnet. Der Phasen-Abschnitt 306 umfasst eine erste bidirektionale Schaltvorrichtung 334 und eine zweite bidirektionale Schaltvorrichtung 336. Die bidirektionale Schaltvorrichtung 334 umfasst in Reihe geschaltete Schalter 338, 340, und die bidirektionale Schaltvorrichtung 336 umfasst in Reihe geschaltete Schalter 342, 344. Ein Knoten 346, der den Phasen-Abschnitt 306 mit dem Fahrmotor 202 verbindet, befindet sich zwischen den bidirektionalen Schaltvorrichtungen 334, 336.
  • Der Null-Zustands-Phasen-Abschnitt 204 kann eine Verbindung zwischen den positiven und negativen Anschlüssen 272, 274 herstellen, um offene Schaltkreise innerhalb des Stromquellenwechselrichters 108 abzuschwächen. In den in den 2 bis 4 dargestellten Implementierungen kann der Nullzustands-Phasen-Abschnitt 204 eine unidirektionale Schaltvorrichtung 276 umfassen. Die unidirektionale Schaltvorrichtung 276 umfasst einen Schalter 290, der in Reihe mit einer Diode 292 geschaltet ist. zeigt eine Beispielimplementierung des Null-Zustands-Phasen-Abschnitts 204, der eine bidirektionale Schaltvorrichtung 278 umfasst. Die bidirektionale Schaltvorrichtung 278 kann in Reihe geschaltete Schalter 294, 296 umfassen.
  • Der Stromquellenwechselrichter 108 kann Strom von einer Stromquelle 201 erhalten, z. B. von der Batterie 102 und der Induktivität 203. Die Induktivität 203 ist zwischen der Stromquelle 201 und dem positiven Anschluss 272 angeschlossen. Bei der Induktivität 203 kann es sich um einen Induktor verschiedener Typen mit unterschiedlichen Induktivitätswerten handeln. Wie ein Fachmann weiß, ist eine Induktivität ein passives elektrisches Bauteil mit zwei Anschlüssen, das Energie in einem Magnetfeld speichert, wenn elektrischer Strom durch es fließt. Ein Induktivitätswert für die Drosselspule 203 kann so gewählt werden, dass sie einen Laststrom auf der Grundlage eines Anwendungsbereichs des Stromquellenwechselrichters 108 führt, wie er von Fachleuten verstanden wird.
  • In den gezeigten Implementierungen kann die Gesamtzahl der vom Gate-Treiber 106 bereitgestellten Gate-Signale sieben (7) betragen, da die Gate-Anschlüsse für jede unidirektionale Schaltvorrichtung und jede bidirektionale Schaltvorrichtung mit dem Ausgang des Gate-Treibers 106 verbunden sind. Daher kann der hier beschriebene Stromquelleninverter 108 eine relativ geringere Gatesignalkomplexität und geringere Kosten im Vergleich zu Stromquelleninvertern erfordern, die aus allen bidirektionalen Schaltvorrichtungen bestehen. Der Wirkungsgrad des Stromquellen-Wechselrichters 108 kann auch relativ höher sein als bei Stromquellen-Wechselrichtern, die nur aus unidirektionalen Schaltvorrichtungen bestehen.
  • 6 ist ein Beispieldiagramm 600, das die vom Gate-Treiber 106 erzeugten Gate-Steuersignale veranschaulicht. Zwischen einem ersten Schaltzustand 604 und einem zweiten Schaltzustand 606 ist eine Totzonenzeit (DB) 602 enthalten. Die Schaltzustände 604, 606 beziehen sich auf Zeiträume zur Steuerung verschiedener Schalter der Phasen-Abschnitt des Stromquellenwechselrichters 108, um Strom von der Stromquelle 201 an die Last 110 zu liefern. Wie dargestellt, können sich Teile der Schaltzustände 604, 606 zumindest teilweise mit der Totzonenzeit 602 überschneiden. Während der Totbandzeit 602 wird der Null-Zustand-Phasen-Abschnitt 204 von einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand überführt, um mögliche offene Schaltkreise innerhalb der Phasen-Abschnitt des Stromquellenwechselrichters 108 zu entschärfen.
  • Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist lediglich beispielhaft, und Variationen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sollen in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.

Claims (9)

  1. Stromquellenwechselrichter, umfassend: einen ersten Phasen-Abschnitt mit einer Mehrzahl von Schaltvorrichtungen; einen zweiten Phasen-Abschnitt mit einer Mehrzahl von Schaltvorrichtungen, einem dritten Phasen-Abschnitt mit einer Mehrzahl von Schaltvorrichtungen; und einen Nullzustands-Phasen-Abschnitt, der mindestens eine Schaltvorrichtung enthält, wobei der Nullzustands-Phasen-Abschnitt so konfiguriert ist, dass er von einem offenen Zustand, um einen Stromfluss zu verhindern, in einen geschlossenen Zustand übergeht, um einen Stromfluss zwischen einem positiven und einem negativen Anschluss während einer Totzonenzeit zu ermöglichen.
  2. Stromquellenwechselrichter nach Anspruch 1, wobei die mehreren Schaltvorrichtungen des ersten Phasen-Abschnitts eine bidirektionale Schaltvorrichtung und eine unidirektionale Schaltvorrichtung umfassen, wobei eine Knotenverbindung mit einer Last zwischen der bidirektionalen Schaltvorrichtung und der unidirektionalen Schaltvorrichtung angeordnet ist.
  3. Stromquellenwechselrichter nach Anspruch 2, wobei die bidirektionale Schaltvorrichtung einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter umfasst, die in Reihe geschaltet sind.
  4. Stromquellenwechselrichter nach Anspruch 3, wobei der erste Schalter und der zweite Schalter einen spannungsgesteuerten Schalter umfassen.
  5. Stromquellenwechselrichter nach Anspruch 4, wobei der spannungsgesteuerte Schalter mindestens einen Silizium-Bipolartransistor mit isoliertem Gate, IGBT, einen Siliziumcarbid-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, MOSFET, einen Silizium-Superjunction-MOSFET, einen Galliumnitrid-Feldeffekttransistor, FET, einen SiC-Feldeffekttransistor mit Sperrschicht-Gate, JFET, ein Breitbandlücken-Bauelement, WBG, oder ein Ultrabreitbandlücken-Bauelement, UWBG, umfasst.
  6. Stromquellenwechselrichter nach Anspruch 2, wobei die unidirektionale Schaltvorrichtung einen Schalter in Reihe mit einer Diode umfasst.
  7. Stromquellenwechselrichter nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Schaltvorrichtungen des ersten Abschnitts mindestens einen ersten unidirektionalen Schalter und einen zweiten unidirektionalen Schalter umfasst, die in Reihe geschaltet sind, die Mehrzahl von Schaltvorrichtungen des zweiten Abschnitts mindestens einen ersten unidirektionalen Schalter und einen zweiten unidirektionalen Schalter umfasst, die in Reihe geschaltet sind, und die Mehrzahl von Schaltvorrichtungen des dritten Abschnitts mindestens einen ersten bidirektionalen Schalter und einen zweiten direktionalen Schalter umfasst, die in Reihe geschaltet sind.
  8. Stromquellenwechselrichter nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Schaltvorrichtung des Nullzustands-Phasen-Abschnitts eine unidirektionale Schaltvorrichtung umfasst.
  9. Stromquellenwechselrichter nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Schaltvorrichtung des Nullzustands-Phasen-Abschnitts eine bidirektionale Schaltvorrichtung umfasst.
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