-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinrichtung, wobei die Antriebseinrichtung zumindest eine elektrische Maschine und eine der Maschine zugeordnete Leistungselektronik aufweist, wobei die Leistungselektronik einen Zwischenkreiskondensator und zumindest eine Halbbrücke mit wenigstens einem ersten Halbleiterschalter und einem zweiten Halbleiterschalter aufweist, wobei mindestens dem ersten Halbleiterschalter eine DESAT-Schutzschaltung zugeordnet ist, wobei ein DESAT-Anschluss der DESAT-Schutzschaltung mit einer Anode des ersten Halbleiterschalters elektrisch verbunden ist, bei Vorliegen einer Entladevorgabe ein Entlademodus zum Entladen des Zwischenkreiskondensators eingestellt wird, und wobei in dem Entlademodus der erste Halbleiterschalter leitend geschaltet wird und der zweite Halbleiterschalter abwechselnd leitend und nichtleitend geschaltet wird.
-
Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen Maschine.
-
Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Antriebseinrichtung.
-
Stand der Technik
-
Verfahren und elektrische Antriebseinrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine elektrische Antriebseinrichtung weist typischerweise zumindest eine elektrische Maschine und eine der Maschine zugeordnete Leistungselektronik auf. Die Leistungselektronik weist dabei in der Regel einen Zwischenkreiskondensator und zumindest eine Halbbrücke mit wenigstens einem ersten Halbleiterschalter und einem zweiten Halbleiterschalter auf. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei Vorliegen einer Entladevorgabe einen Entlademodus zum Entladen des Zwischenkreiskondensators einzustellen, wobei in dem Entlademodus der erste Halbleiterschalter leitend geschaltet wird und der zweite Halbleiterschalter abwechselnd leitend und nichtleitend geschaltet wird. In dem Entlademodus wechseln sich also Zeitintervalle, in denen nur der erste Halbleiterschalter leitend ist, mit Zeitintervallen ab, in denen sowohl der erste also auch der zweite Halbleiterschalter leitend sind. Hierdurch wird in dem Entlademodus eine schnelle Entladung des Zwischenkreiskondensators erreicht.
-
Außerdem ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Halbleiterschalter durch sogenannte DESAT-Schutzschaltungen zu überwachen. Bei einer DESAT-Schutzschaltung handelt es sich um eine Schutzschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen Spannungsanstieg über einer Anode-Kathode-Strecke eines Halbleiterschalters als Überstrom oder Kurzschlussstrom zu interpretieren. Hierzu ist ein DESAT-Anschluss der DESAT-Schutzschaltung üblicherweise mit der Anode des Halbleiterschalters elektrisch verbunden. Die DESAT-Schutzschaltung wird in der Regel aktiviert, wenn der Halbleiterschalter leitend geschaltet wird. Die aktivierte DESAT-Schutzschaltung überwacht dann eine elektrische Spannung zwischen einem elektrischen Potential des DESAT-Anschlusses einerseits und einem elektrischen Referenzpotential andererseits. Überschreitet diese elektrische Spannung einen vorgegebenen Schwellenwert, so wird die DESAT-Schutzschaltung ausgelöst. Die ausgelöste DESAT-Schutzschaltung führt dann eine Sicherheitsmaßnahme durch, wobei im Rahmen der Sicherheitsmaßnahme typischerweise der Halbleiterschalter nichtleitend geschaltet wird.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass in dem Entlademodus ein unerwünschter Abbruch des Entladens des Zwischenkreiskondensators verhindert wird. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass der DESAT-Anschluss in dem Entlademodus mit der Kathode des ersten Halbleiterschalters elektrisch verbunden wird, um ein Auslösen der DESAT-Schutzschaltung zu hemmen. Im Entlademodus fließen zum Entladen des Zwischenkreiskondensators hohe elektrische Lastströme durch einen Lastpfad des ersten Halbleiterschalters. Dies kann grundsätzlich zu einer Auslösung der dem ersten Halbleiterschalter zugeordneten DESAT-Schutzschaltung führen. Wie eingangs erwähnt wurde, führt das Auslösen einer DESAT-Schutzschaltung zum nichtleitend Schalten des Halbleiterschalters. Im Fall des ersten Halbleiterschalters würde dies bedeuten, dass die Entladung des Zwischenkreiskondensators durch die Auslösung der DESAT-Schutzschaltung unterbrochen wird. Diese Unterbrechung ist im Entlademodus unerwünscht. Erfindungsgemäß wird das Auslösen der DESAT-Schutzschaltung dadurch gehemmt, dass der DESAT-Anschluss mit der Kathode elektrisch verbunden wird. Durch das Verbinden des DESAT-Anschlusses mit der Kathode wird verhindert, dass die elektrische Spannung zwischen dem Potential des DESAT-Anschlusses und dem Referenzpotential den Schwellenwert übersteigt. Unter der elektrischen Verbindung zwischen dem DESAT-Anschluss und der Kathode ist dabei eine Verbindung unter Umgehung des Halbleiterelementes des ersten Halbleiterschalters zu verstehen. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Halbleiterschalter jeweils als IGBT, MOSFET, SiC-Halbleiterschalter, GaN-Halbleiterschalter oder Bipolar-Halbleiterschalter ausgebildet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Halbleiterschalter um einen Lowside-Schalter der Halbbrücke. Bei dem zweiten Halbleiterschalter handelt es sich dann um einen Highside-Schalter der Halbbrücke. Alternativ dazu handelt es sich bei dem ersten Halbleiterschalter vorzugsweise um einen Highside-Schalter der Halbbrücke, wobei es sich bei dem zweiten Halbleiterschalter dann um einen Lowside-Schalter der Halbbrücke handelt. Vorzugsweise weist die Leistungselektronik zusätzlich zu der Halbbrücke mit dem ersten und dem zweiten Halbleiterschalter zumindest eine weitere Halbbrücke mit zwei Halbleiterschaltern auf. Vorzugsweise werden die Halbleiterschalter der weiteren Halbbrücke beziehungsweise der weiteren Halbbrücken in dem Entlademodus nichtleitend geschaltet, sodass der Zwischenkreiskondensator in dem Entlademodus nur durch die Halbbrücke mit dem ersten und dem zweiten Halbleiterschalter entladen wird. Alternativ dazu werden vorzugsweise die Halbleiterschalter zumindest einer weiteren Halbbrücke in dem Entlademodus analog zu dem ersten und dem zweiten Halbleiterschalter geschaltet. Der Zwischenkreiskondensator wird dann also in dem Entlademodus durch die Halbbrücke und die zumindest eine weitere Halbbrücke entladen. Vorzugsweise wird der DESAT-Anschluss unmittelbar mit Einstellen des Entlademodus mit der Kathode elektrisch verbunden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung auf Fehlfunktionen überwacht wird, und dass die Entladevorgabe bei Erfassen einer Fehlfunktion bereitgestellt wird. Bei einer Fehlfunktion der Antriebseinrichtung ist eine schnelle Entladung des Zwischenkreiskondensators in der Regel erwünscht. Vorzugsweise werden die elektrische Maschine und/oder die Leistungselektronik auf Fehlfunktionen überwacht.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die DESAT-Schutzschaltung eine elektrische Leitung mit einem Schaltelement aufweist, wobei die Leitung mit dem DESAT-Anschluss einerseits und der Kathode andererseits elektrisch verbunden ist, und wobei der DESAT-Anschluss in dem Entlademodus durch Leitendschalten des Schaltelementes mit der Kathode elektrisch verbunden wird. Es ist also zusätzlich zu dem ersten und dem zweiten Halbleiterschalter ein Schaltelement vorgesehen und der DESAT-Anschluss wird durch Leitendschalten des Schaltelementes mit der Kathode elektrisch verbunden. Vorzugsweise ist das Schaltelement als MOSFET ausgebildet.
-
Vorzugsweise wird das Schaltelement nur in dem Entlademodus leitend geschaltet. Außerhalb des Entlademodus ist das Schaltelement entsprechend nichtleitend beziehungsweise inaktiv, sodass dem Schaltelement außerhalb des Entlademodus keine Funktion zukommt.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass dem zweiten Halbleiterschalter eine weitere DESAT-Schutzschaltung zugeordnet ist, und dass in dem Entlademodus nur das Auslösen der dem ersten Halbleiterschalter zugeordneten DESAT-Schutzschaltung gehemmt wird. Dem ersten und dem zweiten Halbleiterschalter ist also eine jeweils andere DESAT-Schutzschaltung zugeordnet. Im Hinblick auf die dem zweiten Halbleiterschalter zugeordnete weitere DESAT-Schutzschaltung ist in dem Entlademodus typischerweise keine unerwünschte Auslösung zu erwarten. Eine Hemmung der weiteren DESAT-Schutzschaltung ist demnach in dem Entlademodus nicht notwendig. Vielmehr ist es erwünscht, dass die weitere DESAT-Schutzschaltung den zweiten Halbleiterschalter auch in dem Entlademodus überwacht.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen Maschine weist eine Leistungselektronik, die einen Zwischenkreiskondensator und zumindest eine Halbbrücke mit wenigstens einem ersten Halbleiterschalter und einem zweiten Halbleiterschalter aufweist, und eine Steuereinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, bei Vorliegen einer Entladevorgabe einen Entlademodus zum Entladen des Zwischenkreiskondensators einzustellen, wobei die Steuereinrichtung in dem Entlademodus den ersten Halbleiterschalter leitend schaltet und den zweiten Halbleiterschalter abwechselnd leitend und nichtleitend schaltet, wobei mindestens dem ersten Halbleiterschalter eine DESAT-Schutzschaltung zugeordnet ist, und wobei ein DESAT-Anschluss der DESAT-Schutzschaltung mit einer Anode des ersten Halbleiterschalters elektrisch verbunden ist. Die Vorrichtung zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruch 6 dadurch aus, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den DESAT-Anschluss in dem Entlademodus mit einer Kathode des ersten Halbleiterschalters elektrisch zu verbinden, um ein Auslösen der DESAT-Schutzschaltung zu hemmen. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus den Ansprüchen. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Halbleiterschalter jeweils als IGBT, MOSFET, SiC-Halbleiterschalter, GaN-Halbleiterschalter oder Bipolar-Halbleiterschalter ausgebildet. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die Maschine und/oder die Leistungselektronik auf Fehlfunktionen zu überwachen und die Entladevorgabe bei Erfassen einer Fehlfunktion bereitzustellen.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die DESAT-Schutzschaltung eine Leitung mit einem Schaltelement aufweist, wobei die Leitung mit dem DESAT-Anschluss einerseits und der Kathode des ersten Halbleiterschalters andererseits elektrisch verbunden ist, und wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den DESAT-Anschluss durch Leitendschalten des Schaltelementes mit der Kathode elektrisch zu verbinden.
-
Es ist also zusätzlich zu dem ersten und dem zweiten Halbleiterschalter ein Schaltelement vorgesehen und der DESAT-Anschluss wird durch Leitendschalten des Schaltelementes mit der Kathode elektrisch verbunden. Vorzugsweise ist das Schaltelement als Feldeffekttransistor ausgebildet, besonders bevorzugt als MOSFET.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der DESAT-Anschluss durch eine DESAT-Leitung mit der Anode des ersten Halbleiterschalters elektrisch verbunden ist, wobei die DESAT-Leitung eine Diode aufweist, die in Richtung der Anode leitend ist, und wobei die Leitung zwischen dem DESAT-Anschluss und der Diode mit der DESAT-Leitung elektrisch verbunden ist. Grundsätzlich wird durch die Leitung ermöglicht, dass ein elektrischer Strom ausgehend von dem DESAT-Anschluss unter Umgehung des Halbleiterelementes des ersten Halbleiterschalters zu der Kathode fließt. Weil die Leitung zwischen dem DESAT-Anschluss und der Diode mit der DESAT-Leitung elektrisch verbunden ist, wird jedoch verhindert, dass ein elektrischer Strom ausgehend von der Anode unter Umgehung des Halbleiterelementes des ersten Halbleiterschalters zu der Kathode fließt.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Prüfeinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Ansteuersignal für das Schaltelement einerseits und einem ermittelten Ist-Zustand des Schaltelementes andererseits zu prüfen, ob das Schaltelement eine Fehlfunktion aufweist. Durch die Prüfeinheit beziehungsweise die durch die Prüfeinheit durchgeführte Prüfung kann die Betriebssicherheit der Vorrichtung gesteigert werden. Im Hinblick auf seinen Ist-Zustand kann das Schaltelement entweder leitend oder nichtleitend sein. Das Ansteuersignal für das Schaltelement korrespondiert mit einem Soll-Zustand des Schaltelementes. Vorzugsweise stellt die Prüfeinheit fest, dass das Schaltelement eine Fehlfunktion aufweist, wenn das Schaltelement angesteuert wird aber nichtleitend ist, oder wenn das Schaltelement nicht angesteuert wird aber leitend ist. Entsprechend stellt die Prüfeinheit vorzugsweise fest, dass das Schaltelement keine Fehlfunktion aufweist, wenn das Schaltelement angesteuert wird und leitend ist, oder wenn das Schaltelement nicht angesteuert wird und nichtleitend ist. Stellt die Prüfeinheit fest, dass das Schaltelement eine Fehlfunktion aufweist, so leitet die Prüfeinheit vorzugsweise eine geeignete Sicherheitsmaßnahme ein.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leitung ein mit dem Schaltelement in Reihe geschaltetes elektrisches Widerstandselement aufweist, und dass die Prüfeinheit dazu ausgebildet ist, ein elektrisches Potential der Leitung zwischen dem Schaltelement und dem Widerstandselement zu überwachen und den Ist-Zustand des Schaltelementes in Abhängigkeit von dem Potential der Leitung zu ermitteln. Anhand des Potentials der Leitung kann der tatsächliche Ist-Zustand des Schaltelementes zuverlässig festgestellt werden, also ob das Schaltelement leitend oder nichtleitend ist. Vorzugsweise weist die Leitung das Widerstandselement zwischen dem Schaltelement und der Kathode auf. Alternativ dazu weist die Leitung das Widerstandselement vorzugsweise zwischen dem Schaltelement und dem DESAT-Anschluss auf.
-
Vorzugsweise weist die Prüfeinheit ein Exklusiv-Oder-Gatter auf. Aufgrund des vorstehend erläuterten Zusammenhangs zwischen dem Ansteuersignal und dem Potential der Leitung ist ein Exklusiv-Oder-Gatter besonders geeignet, um festzustellen beziehungsweise zu prüfen, ob das Schaltelement eine Fehlfunktion aufweist oder nicht.
-
Vorzugsweise ist der erste Halbleiterschalter ein Lowside-Schalter der Halbbrücke. Der zweite Halbleiterschalter ist dann entsprechend ein Highside-Schalter der Halbbrücke. Alternativ dazu ist der erste Halbleiterschalter vorzugsweise ein Highside-Schalter der Halbbrücke. Der zweite Halbleiterschalter ist dann entsprechend ein Lowside-Schalter der Halbbrücke.
-
Die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinrichtung weist zumindest eine elektrische Maschine auf und zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 13 durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben der Maschine aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus den Ansprüchen.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen
- 1 eine elektrische Antriebseinrichtung,
- 2 einen Halbleiterschalter einer Leistungselektronik der Antriebseinrichtung sowie eine dem Halbleiterschalter zugeordnete DESAT-Schutzschaltung und
- 3 ein Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung.
-
1 zeigt eine elektrische Antriebseinrichtung 1 in einer schematischen Darstellung. Beispielsweise handelt es sich bei der Antriebseinrichtung 1 um die Antriebseinrichtung 1 eines Kraftfahrzeugs. Die Antriebseinrichtung 1 weist eine elektrische Maschine 2 auf. Die elektrische Maschine 2 weist einen drehbar gelagerten Rotor 3 auf, an dem mehrere Permanentmagneten 4 drehfest angeordnet sind. Die Maschine 2 weist außerdem eine Motorwicklung 5 mit vorliegend drei Phasen U, V und W auf. Die Motorwicklung 5 ist derart verteilt um den Rotor 3 angeordnet, dass der Rotor 3 durch eine geeignete Bestromung der Phasen U, V und W drehbar ist. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung ist die Maschine 2 vorliegend als permanentmagneterregte Synchronmaschine 2 ausgebildet. Es sind allerdings auch alternative Ausgestaltungen der Maschine 2 möglich. Beispielsweise ist die Maschine 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel als Asynchronmaschine ausgebildet.
-
Die Antriebseinrichtung 1 weist außerdem einen elektrischen Energiespeicher 6 auf. Die Motorwicklung 5 ist durch eine Leistungselektronik 7 der Antriebseinrichtung 1 mit dem Energiespeicher 6 elektrisch verbunden.
-
Die Leistungselektronik 7 weist einen Zwischenkreiskondensator 8 auf. Außerdem weist die Leistungselektronik 7 eine der Anzahl an Phasen U, V und W entsprechende Anzahl an Halbbrücken 9, 10 und 11 auf. Jede der Halbbrücken 9, 10 und 11 weist jeweils zwei Halbleiterschalter 12 und 13 auf. Bei den Halbleiterschaltern 12 handelt es sich dabei um Highside-Schalter 12 der Halbbrücken 9, 10 und 11. Bei den Halbleiterschaltern 13 handelt es sich um Lowside-Schalter 13 der Halbbrücken 9, 10 und 11.
-
Die Antriebseinrichtung 1 weist außerdem eine Steuereinrichtung 14 zum Ansteuern der Leistungselektronik 7 auf, wobei die Steuereinrichtung 14 in 1 lediglich vereinfacht dargestellt ist. Vorliegend weist die Steuereinrichtung 14 eine Recheneinheit in Form eines Microcontrollers auf. Die Steuereinrichtung 14 weist außerdem eine der Anzahl an Halbleiterschaltern 12 und 13 entsprechende Anzahl an Gate-Treiberschaltungen auf, wobei jedem der Halbleiterschalter 12 und 13 eine jeweils andere der Gate-Treiberschaltungen zugeordnet ist. Die Leistungselektronik 7 und die Steuereinrichtung 14 bilden gemeinsam eine Vorrichtung 50 zum Betreiben der elektrischen Maschine 2.
-
2 zeigt den Lowside-Schalter 13B der mittleren Halbbrücke 10. Vorliegend handelt es sich bei dem Lowside-Schalter 13B beispielhalber um einen IGBT. Dem Lowside-Schalter 13B ist eine DESAT-Schutzschaltung 15 zum Überwachen des Lowside-Schalters 13B zugeordnet. Die DESAT-Schutzschaltung 15 ist Teil der dem Lowside-Schalter 13B zugeordneten Gate-Treiberschaltung. Die in 2 dargestellte konkrete Ausgestaltung der DESAT-Schutzschaltung 15 ist als beispielhaft zu verstehen. Alternativ zu der in 2 dargestellten DESAT-Schutzschaltung 15 kann auch eine andere Art von DESAT-Schutzschaltung vorgesehen sein.
-
Der Lowside-Schalter 13B weist eine Kathode 16 auf. Die Kathode 16 ist durch einen Leiter 17 mit einem Masseanschluss 18 elektrisch verbunden.
-
Der Lowside-Schalter 13B weist außerdem eine Anode 19 auf. Die Anode 19 ist durch eine DESAT-Leitung 20 mit einem DESAT-Anschluss 21 der DESAT-Schutzschaltung 15 elektrisch verbunden. Die DESAT-Leitung 20 weist eine Diode 22 auf, die in Richtung der Anode 19 leitend ist. Zwischen dem DESAT-Anschluss 21 und der Diode 22 weist die DESAT-Leitung 20 ein elektrisches Widerstandselement 23 auf. Die DESAT-Leitung 20 ist durch ein Kondensatorelement 24 mit dem Leiter 17 kapazitiv gekoppelt.
-
Die DESAT-Schutzschaltung 15 weist einen Komparator 25 auf. Der Komparator 25 ist eingangsseitig durch einen Leiter 26 und einen Spannungsteiler 27 mit dem DESAT-Anschluss 21 elektrisch verbunden. Außerdem ist der Komparator 25 eingangsseitig mit einem elektrischen Referenzpotential 28 verbunden, wobei es sich bei dem Referenzpotential 28 vorliegend um einen Masseknoten 28 der DESAT-Schutzschaltung 15 handelt. Die DESAT-Schutzschaltung 15 weist außerdem eine erste Stromquelle 29 auf, die durch einen elektrischen Widerstand 30 zwischen dem Spannungsteiler 27 und dem DESAT-Anschluss 21 mit dem Leiter 26 elektrisch verbunden ist.
-
Die DESAT-Schutzschaltung 15 wird aktiviert, wenn der Lowside-Schalter 13B leitend geschaltet wird. Ist die DESAT-Schutzschaltung 15 aktiviert, so stellt die erste Stromquelle 29 einen elektrischen Prüfstrom bereit, der durch die DESAT-Leitung 20 fließt. Der Komparator 25 vergleicht dann das elektrische Potential des DESAT-Anschlusses 21 mit dem elektrischen Referenzpotential 28. Das elektrische Potential des DESAT-Anschlusses 21 korrespondiert dabei derart mit der Höhe eines elektrischen Laststroms, der von der Anode 19 zu der Kathode 16 fließt, dass das Potential des DESAT-Anschlusses 21 mit dem Laststrom steigt. Überschreitet eine elektrische Spannung zwischen dem Potential des DESAT-Anschlusses 21 und dem Referenzpotential 28 einen vorgegebenen Schwellenwert, so ist davon auszugehen, dass der Laststrom unerwünscht hoch ist. Die DESAT-Schutzschaltung wird dann ausgelöst und der Komparator 25 stellt einer Logikeinheit 31 der DESAT-Schutzschaltung 15 eine Information bezüglich der den Schwellenwert übersteigenden elektrischen Spannung bereit. Die Logikeinheit 31 leitet dann eine Sicherheitsmaßnahme ein, wobei im Rahmen der Sicherheitsmaßnahme der Lowside-Schalter 13B nichtleitend geschaltet wird.
-
Die DESAT-Schutzschaltung 15 weist außerdem eine zweite Stromquelle 32 auf, die durch einen Halbleiterschalter 33 zwischen dem Spannungsteiler 27 und dem Komparator 25 mit dem Leiter 26 elektrisch verbunden ist. Vorliegend handelt es sich bei dem Halbleiterschalter 33 um einen MOSFET 33. Durch die zweite Stromquelle 32 kann der Komparator 25 mit einer elektrischen Prüfspannung beaufschlagt werden, um zu prüfen, ob der Komparator 25 eine Fehlfunktion aufweist.
-
Die DESAT-Schutzschaltung 15 weist außerdem einen Masseknoten 33 auf, der durch einen Leiter 36 zwischen dem Spannungsteiler 27 und dem DESAT-Anschluss 21 mit dem Leiter 26 elektrisch verbunden ist. Der Leiter 36 weist einen Halbleiterschalter 35 auf. Vorliegend handelt es sich bei dem Halbleiterschalter 35 um einen MOSFET 35. Der Masseanschluss 18 ist durch einen Leiter 51 zwischen dem Halbleiterschalter 35 und dem Masseknoten 34 mit dem Leiter 36 elektrisch verbunden. Der Halbleiterschalter 35 wird leitend geschaltet, wenn die DESAT-Schutzschaltung 15 inaktiv ist. Ist der Halbleiterschalter 35 leitend, so wird der Kondensator 24 entladen.
-
Die DESAT-Schutzschaltung 15 weist außerdem eine Leitung 37 auf. Die Leitung 37 ist zwischen dem DESAT-Anschluss 21 und dem Widerstandselement 23 mit der DESAT-Leitung 20 elektrisch verbunden. Die Leitung 37 ist also mit dem DESAT-Anschluss 21 elektrisch verbunden. Außerdem ist die Leitung 37 mit dem Leiter 17 elektrisch verbunden. Die Leitung 37 ist also mit der Kathode 16 des Lowside-Schalters 13B elektrisch verbunden. Die Leitung 37 weist ein Schaltelement 38 auf. Vorliegend handelt es sich bei dem Schaltelement 38 um einen MOSFET 38. Zwischen dem Schaltelement 38 und dem Leiter 17 weist die Leitung 37 ein elektrisches Widerstandselement 39 auf.
-
Vorzugsweise ist auch den Halbleiterschaltern 12A, 12B, 12C, 13A und 13C eine jeweils andere DESAT-Schutzschaltung zugeordnet, wobei diese DESAT-Schutzschaltungen im Hinblick auf ihre konstruktiven Merkmale im Wesentlichen der DESAT-Schutzschaltung 15 entsprechen.
-
Die Steuereinrichtung 14 weist außerdem eine Prüfeinheit 40 auf. Die Prüfeinheit 40 ist durch einen Leiter 41 zwischen dem Schaltelement 38 und dem Widerstandselement 39 mit der Leitung 37 elektrisch verbunden. Die Prüfeinheit 40 ist außerdem durch einen Leiter 42 mit einer Steuerleitung 43 elektrisch verbunden. Durch die Steuerleitung 43 wird das Schaltelement 38 mit einem Ansteuersignal beaufschlagt. Insofern wird der Prüfeinheit 40 einerseits durch den Leiter 41 eine Information bezüglich des Ist-Zustands des Schaltelementes 38 bereitgestellt, nämlich das elektrische Potential der Leitung 37 zwischen dem Schaltelement 38 und dem Widerstandselement 39. Andererseits wird der Prüfeinheit durch den Leiter 42 eine Information bezüglich des Soll-Zustands des Schaltelementes 38 bereitgestellt, nämlich das Ansteuersignal für das Schaltelement 38.
-
Im Folgenden wird mit Bezug auf 3 ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung 1 näher erläutert.
-
In einem ersten Schritt S1 werden die Highside-Schalter 12 und die Lowside-Schalter 13 durch die Steuereinrichtung 14 derart angesteuert, dass die Motorwicklung 5 ein den Rotor 3 antreibendes Antriebsmagnetfeld erzeugt.
-
In einem zweiten Schritt S2 überwacht die Steuereinrichtung 14 die Maschine 2 und die Leistungselektronik 7 auf Fehlfunktionen. Erfasst die Steuereinrichtung 14 dabei eine Fehlfunktion, so stellt die Steuereinrichtung 14 eine Entladevorgabe bereit. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens stellt die Steuereinrichtung 14 die Entladevorgabe bei einem anderen Trigger bereit als dem Erfassen einer Fehlfunktion.
-
Liegt die Entladevorgabe vor, so wird auf einen dritten Schritt S3 verwiesen. In dem dritten Schritt S3 stellt die Steuereinrichtung 14 dann einen Entlademodus ein, um den Zwischenkreiskondensator 8 zu entladen. Um eine schnelle Entladung des Zwischenkreiskondensators 8 zu erreichen, schaltet die Steuereinrichtung 14 den Lowside-Schalter 13B leitend. Außerdem schaltet die Steuereinrichtung 14 den Highside-Schalter 12B abwechselnd leitend und nichtleitend. In dem Entlademodus wechseln sich also Zeitintervalle, in denen nur der Lowside-Schalter 13B leitend ist, mit Zeitintervallen ab, in denen sowohl der Lowside-Schalter 13B als auch der Highside-Schalter 12B leitend sind. Hierdurch wird erreicht, dass der Zwischenkreiskondensator 8 durch die Halbbrücke 10 entladen wird. Die übrigen Highside-Schalter 12A und 12C sowie die übrigen Lowside-Schalter 13A und 13C schaltet die Steuereinrichtung 14 gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel in dem Entlademodus nichtleitend. Der Zwischenkreiskondensator 8 wird also vorliegend nur durch die mittlere Halbbrücke 10 entladen.
-
Weil der erste Halbleiterschalter 13B in dem Entlademodus leitend geschaltet wird, wird auch die dem Lowside-Schalter 13B zugeordnete DESAT-Schutzschaltung 15 in dem Entlademodus aktiviert. Dabei kann der im Entlademodus durch den Lowside-Schalter 13B fließende elektrische Laststrom grundsätzlich dazu führen, dass das elektrische Potential des DESAT-Anschlusses 21 derart weit ansteigt, dass die DESAT-Schutzschaltung 15 ausgelöst wird. Dies ist im Entlademodus unerwünscht. Um ein Auslösen der DESAT-Schutzschaltung 15 im Entlademodus zu verhindern, schaltet die Steuereinrichtung 14 in dem Entlademodus beziehungsweise dem Schritt S3 auch das Schaltelement 38 leitend. Hierdurch wird der DESAT-Anschluss 21 der DESAT-Schutzschaltung 15 mit der Kathode 16 des Lowside-Schalters 13B und somit mit dem Masseanschluss 18 elektrisch verbunden. Durch die elektrische Verbindung des DESAT-Anschlusses 21 mit der Kathode 16 wird verhindert, dass die elektrische Spannung zwischen dem Potential des DESAT-Anschlusses 21 und dem Referenzpotential 28 den Schwellenwert übersteigt. Es wird also ein Auslösen der DESAT-Schutzschaltung 15 gehemmt.
-
In einem vierten Schritt S4 überwacht die Steuereinrichtung 14, ob ein vorgegebenes Abbruchkriterium erfüllt ist. Beispielsweise stellt die Steuereinrichtung 14 fest, dass das Abbruchkriterium erfüllt ist, wenn eine vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist, die mit Einstellen des Entlademodus startet. Alternativ dazu stellt die Steuereinrichtung 14 beispielsweise fest, dass das Abbruchkriterium erfüllt ist, wenn der durch den ersten Halbleiterschalter 13B fließende elektrische Laststrom einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Alternativ dazu stellt die Steuereinrichtung 14 beispielsweise fest, dass das Abbruchkriterium erfüllt ist, wenn eine elektrische Zwischenkreisspannung des Zwischenkreiskondensators 8 einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
-
Stellt die Steuereinrichtung 14 in dem Schritt S4 fest, dass das Abbruchkriterium erfüllt ist, so wird auf einen fünften Schritt S5 verwiesen. In dem Schritt S5 beendet dann die Steuereinrichtung 14 den Entlademodus.
-
Die Prüfeinheit 40 prüft sowohl während des Entlademodus als auch außerhalb des Entlademodus, ob das Schaltelement 38 eine Fehlfunktion aufweist. Dabei stellt die Prüfeinheit 40 fest, dass das Schaltelement 38 eine Fehlfunktion aufweist, wenn das Schaltelement 38 durch die Steuerleitung 43 mit einem Ansteuersignal beaufschlagt wird aber nichtleitend ist, oder wenn das Schaltelement 38 nicht mit einem Ansteuersignal beaufschlagt wird aber leitend ist. Entsprechend stellt die Prüfeinheit 40 fest, dass das Schaltelement 38 keine Fehlfunktion aufweist, wenn das Schaltelement 38 durch die Steuerleitung 43 mit einem Ansteuersignal beaufschlagt wird und leitend ist, oder wenn das Schaltelement 38 nicht mit einem Ansteuersignal beaufschlagt wird und nichtleitend ist. Stellt die Prüfeinheit 40 fest, dass das Schaltelement 38 eine Fehlfunktion aufweist, so stellt die Prüfeinheit 40 dem Microcontroller der Steuereinrichtung 14 eine Information bezüglich der erfassten Fehlfunktion bereit. Der Microcontroller steuert dann die Halbleiterschalter 12 und 13 derart an, dass die Leistungselektronik 7 und die Maschine 2 in einen sicheren Betriebszustand überführt werden.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird in dem Entlademodus der Highside-Schalter 12B leitend geschaltet und der Lowside-Schalter 13B wird abwechselnd leitend und nichtleitend geschaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird dann in dem Entlademodus ein Auslösen der DESAT-Schutzschaltung gehemmt, die dem Highside-Schalter 12B zugeordnet ist.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Zwischenkreiskondensator 8 in dem Entlademodus nicht durch die Halbbrücke 10, sondern durch die Halbbrücke 9 oder die Halbbrücke 11 entladen. In dem Entlademodus wird dann ein Halbleiterschalter der Halbbrücke 9 beziehungsweise 11 leitend geschaltet und der andere Halbleiterschalter der Halbbrücke 9 beziehungsweise 11 wird abwechselnd leitend und nichtleitend geschaltet. Zudem wird die Auslösung der DESAT-Schutzschaltung gehemmt, die dem leitend geschalteten Halbleiterschalter zugeordnet ist.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Zwischenkreiskondensator 8 in dem Entlademodus durch mehrere der Halbbrücken 9, 10 und 11 entladen. Dabei wird dann in dem Entlademodus jeweils ein Halbleiterschalter der beteiligten Halbbrücken leitend geschaltet und der andere Halbleiterschalter der beteiligten Halbbrücken wird abwechselnd leitend und nichtleitend geschaltet.
-
Zudem wird die Auslösung der DESAT-Schutzschaltungen, die den leitend geschalteten Halbleiterschaltern zugeordnet sind, gehemmt.
-
Vorzugsweise weisen nur die DESAT-Schutzschaltungen eine Leitung 37 mit einem Schaltelement 38 auf, deren Auslösung in dem Entlademodus gehemmt wird. Alternativ dazu weisen vorzugsweise sämtliche DESAT-Schutzschaltungen eine Leitung 37 mit einem Schaltelement 38 auf.
