DE102022131772A1

DE102022131772A1 - Ansteueranordnung und Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102022131772A1
Application number: DE102022131772.2A
Authority: DE
Inventors: Nima Saadat; Murugaperumal Devaraja; Christian Riecken; Timm Lohmann; Kaveh HAGHVERDI; Christian Stigler; Felix Egbert
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2022-11-30
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2024-06-06
Also published as: US20240178781A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ansteueranordnung zum Betreiben einer elektrischen Maschine, mit einer Regelschaltungseinrichtung (220) zum Ansteuern einer Läuferwicklung, die einen Highside-Schalter (TF_H), ein Halbleiterbauelement (TF_L), und einen Entregungsschalter (S1) aufweist. Über den Highside-Schalter (TF_H) ist ein erster Anschluss (F+) der Läuferwicklung an einen positiven Versorgungsanschluss (B+) anschließbar, über das Halbleiterbauelement (TF_L) ist der erste Anschluss (F+) der Läuferwicklung an einen negativen Versorgungsanschluss (B-) anschließbar, und über den Entregungsschalter (S1) ist ein zweiter Anschluss (F-) der Läuferwicklung an den negativen Versorgungsanschluss (B-) anschließbar. Wenn bei Normalbetrieb, zur Entregung, das Halbleiterbauelement (TF_L) leitend ist und der Entregungsschalter geöffnet wird, wird ein Entregungsstromkreis (K) gebildet, über den die Läuferwicklung entregt wird. Die Ansteueranordnung ist dazu eingerichtet, bei Vorliegen zumindest eines Fehlers einen sicheren Zustand einzunehmen, indem die Läuferwicklung von dem positiven Versorgungsanschluss getrennt und/oder entregt wird. Dabei gibt es einen zusätzlichen Highside-Schalter (Q1), dessen Ansteuerschaltung über eine andere Ansteuerschaltung versorgt ist, und/oder es ist eine Sicherheitsabfrageschaltung vorgesehen, deren Ausgabesignal während einer Entregung sich nicht ändert, und/oder es kann eine Diagnose durchgeführt werden, um eine Funktionsfähigkeit zum Einnehmen des sicheren Zustands bei Vorliegen eines Fehlers zu überprüfen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Ansteueranordnungen und ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine mit Läuferwicklung und Ständerwicklung, sowie eine elektrische Maschine.
Hintergrund der Erfindung
Elektrische Maschinen können zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie und umgekehrt im Kraftfahrzeug verwendet werden. Üblicherweise wird zum Ansteuern oder Betreiben der elektrischen Maschine und dort insbesondere von Phasen der Ständerwicklung ein Stromrichter (oder Inverter) verwendet. Typische elektrische Maschinen weisen z.B. drei, fünf, sechs oder auch mehr Phasen auf. Der Stromrichter weist hierzu in der Regel je Phase eine Halbbrücke auf, die wiederum jeweils zwei Schalter, z.B. MOSFETs, IGBTs oder andere Halbleiterbauelemente umfasst. Weiterhin kann eine Ansteuerschaltung vorgesehen sein, die zum Ansteuern der einzelnen Schalter der Halbbrücken dient; es handelt sich dabei z.B. um Gate-Treiberschaltungen. Damit kann z.B. eine von einem Bordnetz, einer Batterie oder einer Brennstoffzelle bereitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung für die Ständerwicklung umgewandelt werden; ebenso kann der Stromrichter umgekehrt z.B. im Sinne eines Gleichrichters verwendet werden.
Elektrische Maschinen können mit elektrischer Erregung ausgestattet sein, d.h. es ist eine Läuferwicklung (oder Erregerwicklung) vorgesehen. Zum Ansteuern der Läuferwicklung kann eine Regelschaltungseinrichtung vorgesehen sein, die an die Läuferwicklung angeschlossen wird. Eine solche Regelschaltungseinrichtung weist in der Regel zumindest einen Schalter, z.B. MOSFET, IGBT oder ein anderes Halbleiterbauelement, auf, um Spannung z.B. vom Bordnetz oder der Batterie an die Läuferwicklung anlegen zu können, also um einen Erregerstrom z.B. ein- und auszuschalten. Ebenso kann aber auch hier eine Halbbrücke verwendet werden, die zwei Schalter umfasst, einen Highside- und einen Lowside-Schalter. Auch hier kann eine Ansteuerschaltung vorgesehen sein, die zum Ansteuern des Schalters oder der Schalter dient, also eine sog. Gate-Treiberschaltung.
Je nach Art der elektrischen Maschine und nach Anzahl der Phasen der Ständerwicklung können insgesamt eine oder mehrere dieser Ansteuerschaltungen (Gate-Treiberschaltungen) verwendet werden, um die Regelschaltungseinrichtung und die Halbbrücken des Stromrichters anzusteuern. Eine Ansteuerschaltung kann also auch mehrere Halbbrücken ansteuern, z.B. diejenige der Regelschaltungseinrichtung und z.B. zwei des Stromrichters.
Die eine oder die mehreren Ansteuerschaltungen wiederum können an eine Recheneinheit wie z.B. eine Mikrocontrollereinheit („Microcontroller Unit“, MCU) oder ein Motorsteuergerät angeschlossen sein, z.B. über eine sog. serielle periphere Schnittstelle („Serial Peripheral Interface“, SPI). Von dort können die Ansteuerschaltungen dann entsprechende Ansteuerbefehle erhalten, die sie umsetzen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden Ansteueranordnungen und ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine sowie eine elektrische Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Betrieb einer elektrischen Maschine mit Läuferwicklung und Ständerwicklung, und zwar unter Verwendung einer Ansteueranordnung mit einer Regelschaltungseinrichtung und insbesondere auch einem Stromrichter sowie ggf. einer oder mehreren zugehörigen Ansteuerschaltungen, wie eingangs schon näher erläutert.
Es können Schutzfunktionen vorgesehen sein, um die elektrische Maschine, die Ansteueranordnung mit Stromrichter, Regelschaltungseinrichtung und deren Ansteuerschaltungen, aber auch die Recheneinheit oder das Bordnetz mit ggf. anderen Verbrauchern im Fehlerfall zu schützen. Solche Fehler oder anormale Bedingungen sind z.B. Überstrom oder Überspannung. Wenn ein solcher Fehler erkannt wird, können die gesamte Ansteueranordnung oder einzelne Komponenten darüber informiert werden; dies kann über die Aktivierung eines Abschaltpfads erfolgen, damit die Ansteueranordnung in einen sicheren Zustand übergeht. Dabei sollte z.B. die Läuferwicklung vom Bordnetz getrennt und entladen werden.
Unter einem sicheren Zustand ist in diesem Zusammenhang beim Stromrichter insbesondere das Unterbrechen eines Stromflusses in das Bordnetz des Fahrzeugs entweder durch Kurzschließen der Phasen der elektrischen Maschine oder durch passive Methoden wie z.B. Zener-Dioden zu verstehen.
Ein Vorgang, bei dem einige oder alle Phasen der elektrischen Maschine absichtlich kurzgeschlossen werden, wird auch als aktiver Kurzschluss oder aktiver Phasenkurzschluss bezeichnet. Dabei werden in der Regel z.B. entweder alle HighSide-Schalter (Schalter, die die Phasen mit dem positiven Anschluss bzw. Pluspol der Bordnetzspannung verbinden) der Halbrücken des Stromrichters oder alle Low-Side-Schalter (Schalter, die die Phasen mit dem negativen Anschluss bzw. Minuspol der Bordnetzspannung (=Masse) verbinden) der Halbrücken des Stromrichters zugleich geschlossen (leitend geschaltet). Die jeweils anderen Schalter werden dann in der Regel jeweils geöffnet (nichtleitend geschaltet).
Das Entladen der Läuferwicklung bzw. der darin gespeicherten Energie (sog. Entregung) erfolgt in der Regel (z.B. bei einer Halbbrücke in der Regelschaltungseinrichtung) dadurch, dass der Schalter, über den die Läuferwicklung an den positiven Anschluss bzw. Pluspol der Bordnetzspannung, sog. B+, angeschlossen ist (Highside-Schalter), geöffnet wird; damit wird die Hauptversorgung vom Erregerkreis (der Stromkreis mit der Läufer- bzw. Erregerwicklung) getrennt. Der andere Schalter (Lowside-Schalter, im Regelbetrieb geeignet angesteuert) wird geschlossen und ein weiterer Schalter (ein Entregungsschalter, der im Normalbetrieb geschlossen ist) wird zur Entregung geöffnet, sodass der Strom über einen elektrischen Widerstand (Entladewiderstand), der z.B. parallel zu dem Sicherheitsschalter geschaltet ist, fließen kann (es kommt dann zu einem Kreisstrom in einem Entregungsstromkreis) und damit abgebaut wird. Hierzu ist anzumerken, dass anstelle des Lowside-Schalters auch ein anderes Halbleiterbauelement wie z.B. eine (Freilauf-)Diode eingesetzt werden kann.
Zum Erkennen von Fehlern können verschiedene Signale verwendet werden, die abgefragt werden. Solche Signale können z.B. ein Fehlersignal für jede Ansteuerschaltung (Gate-Treiberschaltung), ein externes Fehlersignal, das z.B. von außerhalb kommt, und ein generelles Erlaubnissignal, das z.B. von der MCU kommt, umfassen.
Im Normalzustand, d.h. wenn kein Fehler beim Betrieb der elektrischen Maschine vorliegt, können diese Signale z.B. alle den Wert 1 liefern. Durch eine UND-Verknüpfung in einer Abfrage (in einer Fehlererkennungsschaltung) kann dann erreicht werden, dass der Sicherheitsschalter geschlossen bleibt. Sobald eines der Signale seinen Wert ändert, z.B. auf 0, wird der Sicherheitsschalter geöffnet.
Bei einer solchen Ansteueranordnung zum Betreiben einer elektrischen Maschine können allerdings verschiedene Fehler oder Probleme auftreten, die mit den vorstehend erläuterten Möglichkeiten nicht oder nicht hinreichend behoben werden können, d.h. es kann kein sicherer Zustand erreicht werden. Nachfolgend sollen solche Fehler aufgezeigt werden.

a) Bei einem Fehler im Highside-Schalter der Regelschaltungseinrichtung (z.B. Dauer-Ein) kann der sichere Zustand nicht gewährleistet werden, weil die Läuferwicklung (Erregerspule) nicht von der Stromversorgung (d.h. B+) getrennt werden kann.
b) Bei einem Fehler im Lowside-Schalter der Regelschaltungseinrichtung (d.h. Unterbrechung in beide Richtungen) kann der sichere Zustand nicht gewährleistet werden, weil ein Strom während der Entregung nicht möglich ist, d.h. der Entregungsstromkreis kann nicht gebildet bzw. geschlossen werden.
c) Falls eine Fehlererkennungsschaltung bzw. eine Sicherheitsabfrageschaltung („fault detection circuit“) den Fehler nicht erkennen kann, kann schon aufgrund des fehlenden Erkennens eines Fehlers der sichere Zustand nicht eingenommen werden.
d) Das Auftreten eines internen Fehlers in den Ansteuerschaltungen (Gate-Treiberschaltungen) kann dazu führen, dass die Ansteuerschaltung bei Überspannung oder einem anderen Fehler nicht reagieren kann. Daher kann bei einem einzelnen Fehler kein sicherer Zustand erreicht werden. Höhere Sicherheitsstufen können damit ebenfalls nicht erreicht werden.
e) Gate-Treiberschaltungen können einen aktiven Kurschluss (ASC) nicht unabhängig von der MCU durchführen. Die MCU aber ist keine verlässliche Einheit, alle für einen aktiven Kurzschluss nötigen Bedingungen zu schaffen bzw. Aktionen durchzuführen, z.B. kann eine Gate-Treiberschaltung bei einem Problem in der MCU keinen aktiven Kurschluss durchführen.
f) Gate-Treiberschaltungen können andere Gate-Treiberschaltungen nicht über Anforderungen für einen aktiven Kurzschluss informieren. Die Kommunikation über SPI ist im Fehlerfall in der Regel nicht zuverlässig genug.
g) Ein Fehler in einem Stromsensor des Erregerkeises kann zu einer Unterbrechnung des Entregungsstromkreises führen, und damit eine hohe Überspannung verursachen.
h) Auch ist die Überwachung einer potentiellen Überspannung an der sog. Klemme 40 (Plusleitung einer 48V-Batterie) schwierig.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden nun verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen, mit denen einer oder mehrere der vorstehenden Fälle, in denen Fehler nicht zum sicheren Zustand führen, behoben oder umgangen werden können. Insbesondere können die verschiedenen, vorgeschlagenen Möglichkeiten auch kombiniert bzw. zusammen verwendet werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der Highside-Schalter redundant ausgelegt, indem ein zusätzlicher Highside-Schalter vorgesehen ist, der in Reihe mit dem Highside-Schalter geschaltet ist Damit ist eine sichere Trennung der Läuferwicklung vom positiven Versorgungsanschluss (B+) möglich, auch wenn einer der Highside-Schalter defekt bzw. dauerhaft leitend sein sollte oder anderweitig nicht geöffnet werden kann (Dauer-Ein).
Für diesen zusätzlichen Highside-Schalter ist eine Ansteuerschaltung (Gate-Treiberschaltung) vorgesehen, die über zumindest eine andere Ansteuerschaltung oder Teil-Ansteuerschaltung der Ansteueranordnung mit Energie versorgt wird, insbesondere nach dem sog. Bootstrap-Prinzip. Das Bootstrap-Prinzip erlaubt eine Schwebespannung („floating voltage“) für den zusätzlichen Highside-Schalter. Der zusätzliche Highside-Schalter ist im Normalbetrieb geschlossen (leitend), kann aber durch die Ansteuerschaltung geöffnet werden. Diese andere Ansteuerschaltung oder Teil-Ansteuerschaltung kann z.B. eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern von Schaltern eines Stromrichters der elektrischen Maschine, also z.B. verschiedener Phasen (über entsprechende Halbbrücken im Stromrichter) oder einer bestimmten Phase sein, zusätzlich oder alternativ auch eine Ansteuerschaltung für zumindest den Highside-Schalter (sowie ggf. den Lowside-Schalter) der Regelschaltungseinrichtung. Diese könnten dann z.B. über das sog. Bootstrap-Prinzip, ggf. mit einem entsprechenden Kondensator, angebunden sein. Generell können Ansteuerschaltungen z.B. separat für eine Halbbrücke (von z.B. dem Stromrichter oder der Regelschaltungseinrichtung) vorgesehen sein; eine solche kann dann auch zum Ansteuern des zusätzlichen Highside-Schalters herangezogen werden. Ebenso kann eine Ansteuerschaltung aber auch zum Ansteuern von mehreren, z.B. drei, Halbbrücken vorgesehen sein. Dann kann ebenfalls diese Ansteuerschaltung, aber auch nur ein Teil davon - eine Teil-Ansteuerschaltung - hierfür herangezogen werden, z.B. der Teil für eine bestimmte Halbbrücke bzw. Phase.
Ansteueranordnung kann auch dazu eingerichtet sein, für die Ansteuerung des zusätzlichen Highside-Schalters ein Ausgabesignal einer Sicherheitsabfrageschaltung zu erhalten, und basierend auf dem Ausgabesignal den zusätzlichen Highside-Schalter zu schalten. Hierzu kann z.B. ein weiterer Halbleiterschalter vorgesehen sein, wie später noch näher erläutert wird. Zur Erläuterung der Sicherheitsabfrageschaltung und des Ausgabesignals sei auf folgende Ausführungen verwiesen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Ansteueranordnung eine Sicherheitsabfrageschaltung (z.B. die eben erwähnte Sicherheitsabfrageschaltung) auf, die eingerichtet ist, mittels eines Ausgabesignals zu veranlassen, den sicheren Zustand einzunehmen, insbesondere indem, bei angeschlossener Läuferwicklung, die Läuferwicklung entregt wird. Das Trennen der Läuferwicklung vom positiven Versorgungsanschluss kann dann z.B. über die Ansteuerung des Highside-Schalters der Regelschaltungseinrichtung oder, falls nötig, über die Ansteuerung des erwähnten zusätzlichen Highside-Schalters erfolgen (z.B. mit dem Ausgabesignal wie eben beschrieben).
Generell kann die Sicherheitsabfrageschaltung z.B. verschiedene, insbesondere sicherheitsrelevante, Signale prüfen bzw. abfragen, und dann, falls z.B. eines davon nicht oder nicht mit dem geforderten Wert vorliegt, das Ausgabesignal ausgeben.
Außerdem ist die Ansteueranordnung dazu eingerichtet, wenn die Läuferwicklung über den Entregungsstromkreis entregt wird, das Ausgabesignal der Sicherheitsabfrageschaltung nicht zu ändern, bis die Läuferwicklung bis zu einem vorgegebenen Schwellwert, vorzugsweise vollständig, entregt ist. Dies kann vorzugsweise erfolgen, indem während der Entregung ein Schaltmechanismus aktiviert wird, insbesondere ein Schaltsignal erzeugt wird, der bzw. das sicherstellt, dass das Ausgabesignal der Sicherheitsabfrageschaltung nicht geändert wird. Damit wird ein frühzeitiger Reset bzw. Neustart des Ausgabesignals (es kann sich um ein Sicherheitssignal handeln) vermieden, der ggf. das Entregen unterbrechen würde.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Ansteuerschaltung eingerichtet, vor und/oder bei einem Start des Normalbetriebs (also z.B. der elektrischen Maschine), eine Diagnose durchzuführen, um eine Funktionsfähigkeit zum Einnehmen des sicheren Zustands bei Vorliegen eines Fehlers zu überprüfen. Dies erlaubt eine Erhöhung der Sicherheit, da dann, falls ein vorgesehener Fehlermechanismus zum Einnehmen des sicheren Zustands nicht ordnungsgemäß funktionieren sollte, die elektrische Maschine gar nicht erst gestartet werden muss oder auch nicht gestartet werden darf; damit kommt es entsprechend auch nicht zu potentiellen Fehlern.
Die Diagnose kann eine oder mehrere verschiede Aspekte prüfen, die nachfolgend kurz erläutert werden sollen. Eine detailliertere Erläuterung erfolgt in Bezug auf die Figuren. Die Diagnose umfasst insbesondere, eine Funktionsfähigkeit des zusätzlichen Highside-Schalters und/oder der Ansteuerschaltung für den zusätzlichen Highside-Schalter zu prüfen. Bevorzugt umfasst die Diagnose auch, eine Funktionsfähigkeit des Highside-Schalters und/oder des als Lowside-Schalter ausgebildeten Halbeiterbauelements und/oder der Ansteuerschaltung für den Highside-Schalter und/oder den Lowside-Schalter zu prüfen. Ebenso kann die Diagnose umfassen, eine Funktionsfähigkeit des Entregungsschalters und/oder einer Ansteuerschaltung für den Entregungsschalter zu prüfen. Weiterhin kann die Diagnose umfassen, eine Funktionsfähigkeit der Ansteueranordnung, das Ausgabesignal der Sicherheitsabfrageschaltung nicht zu ändern, bis die Läuferwicklung bis zu einem vorgegebenen Schwellwert, vorzugsweise vollständig, entregt ist, zu prüfen.
Zu dem Entregungsschalter kann z.B. zumindest eine Diode, insbesondere eine TVS- oder Zenerdiode, parallelgeschaltet sein, die in dem Entregungsstromkreis liegt. Es können auch zwei (oder mehr) in Reihe geschaltete Dioden parallel zum Entregungsschalter verwendet werden. Der Entladewiderstand, der eingangs erwähnt wurde, kann damit entfallen. Die Entregung kann dann nämlich über eine oder mehrere dieser Dioden erfolgen. Mit TVS-Dioden wird insbesondere im Vergleich zur Verwendung eines Entladewiderstands eine schnellere Entregung erreicht. Alternativ können auch Zener-Dioden verwendet werden, um den gleichen Effekt zu erzielen.
In diesem Fall kann die Diagnose umfassen, eine Funktionsfähigkeit der zumindest einen Diode zu prüfen.
Es ist auch von Vorteil, wenn zu dem Lowside-Schalter, wenn vorhanden, zumindest eine Diode parallelgeschaltet ist. Vorzugsweise sind mehrere Dioden jeweils zu dem Lowside-Schalter parallelgeschaltet (also zueinander und zum Schalter parallel). Dies erhöht die Zuverlässigkeit und Robustheit der Schaltung. Wenn der Lowside-Schalter ausfällt, können diese Dioden die Kontinuität des Entregungsstromkreises garantieren und auch die thermische Spannung am Lowside-Schalter reduzieren.
Es ist auch zweckmäßig, wenn ein zusätzlicher Entregungsschalter in Reihe mit dem Entregungsschalter geschaltet ist. Auch dort kann dann zumindest eine Diode, insbesondere eine TVS- oder Zenerdiode, parallelgeschaltet sein, die in dem Entregungsstromkreis liegt. Durch zwei Entregungsschalter, z.B. MOSFETs, mit ihren parallelen Dioden kann bei Ausfall eines dieser Schalter oder Dioden oder Diodensätze immer noch der andere Schalter mit Diode den Entregungsvorgang unterstützen.
Vorzugsweise weist die Regelschaltungseinrichtung einen Messpunkt, insbesondere Messwiderstand, auf, der zwischen dem zweiten Anschluss der Läuferwicklung und dem negativen Versorgungsanschluss der Ansteueranordnung vorgesehen bzw. dort geschaltet ist. Damit ist der Messpunkt bzw. Messwiderstand z.B. in Reihe mit dem Entregungsschalter und/oder dem weiteren Entregungsschalter geschaltet. Außerdem ist dann insbesondere eine Strommesseinrichtung und/oder Überstrommesseinrichtung vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, einen Strom in der Erregerwicklung über den Messpunkt zu erfassen und zumindest bei Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwerts des gemessenen Stroms zu veranlassen, den sicheren Zustand einzunehmen.
Ein häufiger Fehler bei einem Messwiderstand ist ein offener Stromkreis, daher kann ein paralleler (weiterer) Messwiderstand (mit entsprechender Strommesseinrichtung) den Strompfad für Erreger- und Entregungsstrom sowie die Überwachung des Erregerstroms gewährleisten. Ebenso kann die Verbindung zu der erwähnten zumindest einen Diode derart sein, dass sie auch bei einem Fehler des Messpunkts bzw. Messwiderstands (zu dem die zumindest eine Diode dann auch parallel ist) nicht getrennt wird.
Auf die beschriebenen Weisen können einer oder mehrere der vorstehend genannten Fehler trotzdem erkannt werden bzw. es kann trotzdem der sichere Zustand erreicht werden. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die verschiedenen vorgeschlagenen Vorkehrungen einzeln, in beliebigen Kombination oder gemeinsam verwendet werden können.
Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine mit Läuferwicklung und Ständerwicklung und mit einer erfindungsgemäßen Ansteueranordnung.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine mit Läuferwicklung und Ständerwicklung unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Ansteueranordnung. Dabei wird bei Vorliegen zumindest eines Fehlers während des Betriebs ein sicherer Zustand eingenommen, indem die Läuferwicklung von einem positiven Versorgungsanschluss getrennt und/oder entregt wird.
Hinsichtlich der Vorteile und weiterer Ausgestaltungen der elektrischen Maschine und des Verfahrens sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen zur Ansteueranordnung verwiesen, die hier entsprechend gelten.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt einen Schaltplan eines Bordnetzes mit Ansteueranordnung zum Betreiben einer elektrischen Maschine, wie es der Erfindung zugrunde liegen kann.
2 zeigt einen Teil der Ansteueranordnung aus 1 in detaillierterer Ansicht.
3a und 3b zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ansteueranordnung.
4 zeigt einen Teil einer weiteren bevorzugten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Ansteueranordnung.
5a und b zeigen einen Teil einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ansteueranordnung.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen Schaltplan eines Bordnetzes 100, insbesondere eines (Kraft-) Fahrzeugs, mit einer elektrischen Maschine 102 mit Ständerwicklung 104 und Läuferwicklung 106, beispielhaft auch mit einem Positionssensor 103, sowie einer Batterie bzw. einem Energiespeicher 108 (z.B. Batterie) mit positivem Bordnetzanschluss B+ und einem negativen Bordnetzanschluss B- (Masse), die als positiver (Pluspol) bzw. negativer Versorgungsanschluss (Minuspol) dienen. Zudem ist ein Zwischenkreiskondensator C (es könnten auch mehrere sein) vorgesehen.
Beispielhaft handelt es sich um eine fünfphasige elektrische Maschine 102 mit den fünf Phasen U, V, W, X und Y bzw. entsprechenden Phasenwicklungen. Es versteht sich, dass die Erfindung auch bei anderen elektrischen Maschinen mit einer anderen Phasenanzahl, z.B. drei oder sechs usw. eingesetzt werden kann.
Weiterhin ist eine Ansteueranordnung 110 vorgesehen, die einen Spannungsregler bzw. eine Regelschaltungseinrichtung 120 aufweist, die dazu vorgesehen ist, einen Erregerstrom an die Läuferwicklung 106 anzulegen bzw. diesen zu regeln. Dazu kann die Läuferwicklung mit ihrem ersten Anschluss F+ und ihrem zweiten Anschluss F- an die Regelschaltungseinrichtung 120 angeschlossen werden. Die Regelschaltungseinrichtung 120 weist hierzu zwei Schalter (einen Highside- und einen Lowside-Schalter) auf, die in 2 gezeigt sind.
Weiterhin ist ein Stromrichter (oder Inverter) 130 vorgesehen, der je Phase eine Halbbrücke (beispielhaft sind die Halbbrücke 130u für die Phase U und die Halbbrücke 130 für die Phase Y bezeichnet) aufweist, die zwei Schalter (einen Highside- und einen Lowside-Schalter), z.B. MOSFETs, IGBTs, umfasst. Diese Schalter sind dabei mit T_{U_H} und T_{U_L} für Highside- und Lowside-Schalter der Phase U bezeichnet; entsprechendes gilt für die Schalter der weiteren Phasen V, W, X und Y.
Weiterhin ist eine Ansteuerschaltung bzw. Gate-Treiberschaltung 140 vorgesehen. Die Ansteuerschaltung 140 kann beispielhaft 12 Halbleiterschalter ansteuern und ist hierzu jeweils mit einem der betreffenden Steuer- bzw. Gateanschlüsse verbunden (durch Pfeile angedeutet). Beispielhaft steuert die Ansteuerschaltung 140 die beiden Schalter der Regelschaltungseinrichtung 120 sowie die Schalter der Phasen U, V, W, X und Y. Es sei erwähnt, dass anstelle einer Ansteuerschaltung auch zwei oder mehr Ansteuerschaltungen vorgesehen sein könnten. So könnte z.B. eine erste Ansteuerschaltung die beiden Schalter der Regelschaltungseinrichtung 120 sowie die Schalter der Phasen U und V ansteuern, eine zweite Ansteuerschaltung hingegen die Schalter der Phasen W, X und Y. Die Ansteuerschaltungen 140 kann z.B. Signale von einer übergeordneten Recheneinheit 150 wie einer MCU erhalten bzw. dorthin übertragen. Auch können z.B. jede Phase bzw. die Schalter der Regelschaltungseinrichtung 120 mittels einer separaten Ansteuerschaltung bzw. einer separaten Gate-Treiberschaltung (in dem gezeigten Beispiel der fünfphasigen elektrischen Maschine wären sechs Ansteuerschaltungen nötig) angesteuert werden.
Weiterhin sind beispielhaft für die Phasen U und Y die Phasenströme i_U bzw. i_Y gezeigt, sowie der Erregerstrom i_F. Auch die anderen Phasenströme können gemessen werden. Hierzu können z.B. geeignete Messeinrichtungen vorgesehen sein. Mit V_DC ist ein Abgriff der positiven Versorgungsspannung (über B+) bezeichnet.
In 2 ist ein Teil der Ansteueranordnung 110 aus 1 in detaillierterer Ansicht dargestellt, und zwar insbesondere die Regelschaltungseinrichtung 120. Dort sind insbesondere der Highside-Schalter T_{F_H} und der Lowside-Schalter T_{F_L} gezeigt, die über die Ansteuerschaltung 140 angesteuert werden, hier beispielhaft durch Pulse veranschaulicht. Die Ansteuerschaltung 140 kann wiederum durch die MCU 150 zu entsprechender Ansteuerung von Highside HS und Lowside LS veranlasst werden, hier mit Signalen S_High und S_Low angedeutet. Der Highside-Schalter T_{F_H} und der Lowside-Schalter T_{F_L} bilden dabei eine Halbbrücke oder sind Teil einer Halbbrücke. Außerdem ist eine Stromversorgung Vcc der Ansteuerschaltung zum Steuern des Lowside-Schaltes über einen Kondensator C_BST zum Steuern des Highside-Schalters angebunden.
Dabei ist der Highside-Schalter T_{F_H} zwischen dem ersten Anschluss F+ der Läuferwicklung 106 und dem positiven Versorgungsanschluss B+ der Ansteueranordnung angeordnet. Der Lowside-Schalter T_{F_L} ist zwischen dem ersten Anschluss F+ der Läuferwicklung und dem den negativen Versorgungsanschluss B-der Ansteueranordnung angeordnet. Außerdem ist ein Entregungsschalter S1 zwischen dem zweiten Anschluss F- der Läuferwicklung und dem negativen Versorgungsanschluss B- der Ansteueranordnung angeordnet.
Im Normalbetrieb kann durch Schließen (Leitend-Schalten) des Lowside-Schalters T_{F_L} und Öffnen (Nicht-leitend-Schalten) des Entregungsschalter S1 ein Entregungsstromkreis gebildet werden, über den die Läuferwicklung 106 entregbar ist. Ein solcher Entregungsstromkreis ist mit K bezeichnet und enthält beispielhaft zwei Diode D1 und D2, z.B. TVS-Dioden, die parallel zum Entregungsschalter S1 geschaltet ist. Anstelle der Dioden könnte allgemein auch eine Entladekomponente wie z.B. ein Widerstand vorgesehen sein.
Die Ansteueranordnung 110 ist weiterhin dazu eingerichtet, bei Vorliegen zumindest eines Fehlers einen sicheren Zustand einzunehmen, indem die Läuferwicklung 106 von dem positiven Versorgungsanschluss B+ getrennt wird und/oder entregt wird. Hierzu können der Highside-Schalter T_{F_H} geöffnet und/oder der Entregungsschalter S1 geöffnet werden.
Es ist vorgesehen, dass bei Vorliegen eines Fehlers die Ansteuerschaltung 144 für den Entregungsschalter angesteuert wird, um den Entregungsschalter zu öffnen. Dazu kann z.B. ein Fehlersignal SF verwendet werden.
Außerdem ist in Reihe zur Parallelschaltung aus Entregungsschalter S1 und Dioden D1, D2 ein Mess- bzw. Shuntwiderstand R_sh vorgesehen, dem eine Strommesseinrichtung 152 zum Messen des Erregerstroms i_F zugeordnet ist. Anstelle des Shuntwiderstand R_sh und der Strommesseinrichtung 152 hierfür kann allgemein auch eine andere Art Strommesseinrichtung vorgesehen sein. Der gemessene Erregerstroms i_F kann zur MCU 150 übermittelt werden. Ebenso kann eine Überstrommesseinrichtungen 154 vorgesehen sein, die, zumindest bei Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwerts des gemessenen Stroms, veranlasst, den sicheren Zustand einzunehmen. Hier wird ein Fehlersignal FOC (Überstrom in der Erregerwicklung) ausgegeben, das dann ggf. entsprechend verarbeitet werden kann.
Wie erläutert, können bei einer solchen Ansteueranordnung verschiedene Fehler oder Probleme auftreten, die mit üblichen Möglichkeiten nicht oder nicht hinreichend behoben werden können, d.h. es kann kein sicherer Zustand erreicht werden. Ausgehend von der in den 1 und 2 gezeigten Ansteuerschaltung 110 sollen in Bezug auf die nachfolgenden Figuren nun verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert werden.
In den 3a und 3b ist eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ansteueranordnung 210 dargestellt. Die Ansteueranordnung 210 entspricht grundsätzlich der Ansteueranordnung 110 gemäß den 1 und 2, sodass insofern auch auf die dortige Beschreibung verwiesen werden kann. Die Bezugszeichen sind jeweils um 100 erhöht. Auf Unterschiede soll nachfolgend im Besonderen eingegangen werden. Während ein überwiegender Teil der Ansteueranordnung 210, umfassend eine Regelschaltungseinrichtung 220, in 3a gezeigt ist, ist ein Stromrichter (oder Inverter) 230 in 3b gezeigt.
Die Ansteueranordnung 210 weist insbesondere eine Ansteuerschaltung 240f für den Highside-Schalter T_{F_H} und Lowside-Schalter T_{F_L} der Regeschaltungseinrichtung 220 auf (vgl. 3a), sowie individuelle Ansteuerschaltungen 240u etc. für die Halbbrücken (hier ist nur Halbbrücke 230y der Phase Y bezeichnet) der einzelnen Phasen U, V, W, X und Y des Stromrichters 230. Die Ansteuerschaltungen 240f und 240u etc. können wie hier gezeigt getrennt sein, oder auch geeignet zusammengefasst, z.B. zu zwei Ansteuerschaltungen für je drei Hallbrücken wie für 1 und 2 erläutert.
In den 3a und 3b, sowie teils auch schon in 2 sowie in noch nachfolgenden Figuren, sind verschiedene Signale dargestellt, auf die nachfolgend besonders Bezug genommen werden soll und daher vorab kurz erläutert werden sollen.
Es sei erwähnt, dass ein Signal z.B. einen von zwei Werten „0“ (bzw. „low“, d.h. auf niedrigem Spannungslevel) und „1“ (bzw. „high“, d.h. auf hohem Spannungslevel) einnehmen kann, und damit z.B. einen geeigneten Halbleiterschalter schalten oder eine sonstige Aktion auslösen kann. Außerdem kann über ein Signal auch eine Energie- bzw. Strom- oder Spannungsversorgung bereitgestellt werden). In einem solchen Fall kommt es nicht notwendigerweise auf den Wert des Signals an, da eine zu geringe Spannung z.B. automatisch eine fehlende Energieversorgung bedeutet.
Sicherheitssignal SF: Dies ist das Ausgabesignal einer Sicherheitsabfrageschaltung; eine solche kann z.B. verschiedene, insbesondere sicherheitsrelevante, Signale prüfen bzw. abfragen, und dann, falls z.B. eines davon nicht oder nicht mit dem geforderten Wert vorliegt, das Ausgabesignal ausgeben. Wenn alle Signale den Wert „1“ liefern, liefert auch das Ausgabesignal bzw. Sicherheitssignal SF den Wert „1“, d.h. alles ist in Ordnung. Falls ein Fehler vorliegt, liefert das Ausgabesignal bzw. Sicherheitssignal SF den Wert „0“. Die Sicherheitsabfrageschaltung wird in Bezug auf die 5a und 5b näher erläutert.
Signal bzw. Fehlersignal FOC (Überstrom in der Erregerwicklung): Der Strom von R_sh oder eine über R_sh abfallende Spannung wird (von der Strommesseinrichtung 252) an einen Komparator (Überstrommesseinrichtung 254) gesendet und mit der gewünschten Einstellung verglichen. Wenn der Strom den eingestellten Schwellwert überschreitet, wird der Schutzausgang „0“, ansonsten ist er „1“.
Signal F1: Die MCU erteilt dem zusätzlichen Highside-Schalter Q1 die Erlaubnis zum Schließen, sodass der Erregerkreis betriebsbereit wird.
Signal F2: Dieses Signal wird von der MCU erhalten und erlaubt, die Erregung zu starten. Wenn der Wert des Signals „1“ ist (high), und auch der Wert des Ausgabesignals bzw. Sicherheitssignals „1“ ist, wird der Entregungsschalter S1 geschlossen; andernfalls bleibt der Entregungsschalter S1 geöffnet.
F3_F, F3_U etc.: Dieses Signal gibt es für jede Ansteuerschaltung (TreiberSchaltung) je Halbbrücke, und zeigt an, dass die Ansteuerschaltung einen Fehler oder unormales Verhalten oder eine Anforderung zum aktiven Kurzschluss erkennt. Diese Signale werden der Sicherheitsabfrageschaltung zugeleitet und informieren andere Ansteuerschaltungen über den Fehler etc. und aktivieren den aktiven Kurzschluss der anderen Ansteuerschaltungen (je Halbbrücke) über das Sicherheitssignal SF.
Signal F4: Dieses Signal wird während einer Entregung der Läuferwicklung bis zu einem vorgegebenen Schwellwert, vorzugsweise vollständig, ausgegeben und ändert sich dabei nicht. Dieses Signal kann der Sicherheitsabfrageschaltung zugeführt werden, sodass deren Ausgabesignal (das Fehlersignal SF) sich in dieser Zeit nicht ändert.
BST_F, BST_U etc.: Dieses Signal stellt eine Verbindung zur positiven Seite eines Bootstrap-Kondensators einer Halbbrücke (F für die Regeschaltungseinrichtung, U etc. für die Phasen bzw. die Halbbrücken im Stromrichter). Hierüber kann eine Energieversorgung für den zusätzlichen Highside-Schalter Q1 bereitgestellt werden.
Signal V1: hierbei handelt es sich um die gemessene Spannung am zweiten Anschluss F- der Regelschaltungseinrichtung 120.
Signal V2: hierbei handelt es sich um die mittels einer Messeinrichtung 246 gemessene Spannung am Highside-Schalter T_{F_H}, das z.B. geeignet verarbeitet und an die MCU 150 weitergeleitet werden kann.
Zwischen den Ansteuerschaltungen 240f, 240u etc. und der MCU 250 können z.B. sog. SPI- und Gate-Signale ausgetauscht werden: Ein Überwachungssignal und Einstellungen können über SPI übertragen und empfangen werden. Die erzeugten PWM-Signale (zum Ansteuern der Schalter) werden an die Ansteuerschaltungen gesendet.
Ergänzend zu 1 ist ein zusätzlicher Highside-Schalter Q1 in Reihe mit dem Highside-Schalter T_{F_H} geschaltet, sodass der Highside-Schalter T_{F_H} redundant ausgelegt ist. Ohne Vorliegen eines Fehlers oder Defekts ist der zusätzliche Highside-Schalter Q1 geschlossen bzw. leitend geschaltet. Dies erfolgt hier über die Ansteuerschaltung 243, die die Signale BST_U und BST_F als Eingang erhält. Dies bedeutet, dass die Ansteuerschaltung 243 über die Ansteuerschaltungen 240f und 240u mit Energie (bzw. Strom oder Spannung) versorgt wird.
Wie in 3a zu sehen, liegt damit über die Dioden D₁ bzw. D₂ sowie die Widerstände R₁ und R₂ eine Spannung am Gate des zusätzlichen Highside-Schalters Q1 an (dies erfolgt nach dem sog. Bootstrap-Prinzip, vgl. hierzu die verwendeten Kondensatoren C_BST und C_{BST_U} etc. in den Ansteuerschaltungen 240f und 240u etc.). Die Dioden sorgen dafür, dass kein Strom zurück zu den Ansteuerschaltungen 240f und 240u fließt. Sie formen einen O-Ring in der Ansteuerschaltung 243 und der Schaltkreis kann z.B. entweder über C_BST oder C_BST__U versorgt werden.
Außerdem ist ein weiterer Schalter bzw. Halbleiterschalter Q5 vorgesehen, dessen Gate über das Signal F1 gesteuert wird, und an dem das Fehlersignal SF anliegt. Im Normalzustand hat das Fehlersignal SF den Wert „1“, liefert also eine Spannung. Durch das Signal F1 kann der zusätzliche Highside-Schalter Q1 geschlossen werden. Falls ein sicherer Zustand eingenommen werden soll, aber der Highside-Schalter T_{F_H} defekt sein sollte und nicht mehr geöffnet werden kann, kann dies über den zusätzlichen Highside-Schalter Q1 erfolgen. Wenn nämlich das Fehlersignal den Wert „0“ annimmt, wird der zusätzliche Highside-Schalter Q1 geöffnet.
Zum Entregungsschalter S1 sind (wie schon in 2 gezeigt) beispielhaft zwei Dioden D21, D22 parallelgeschaltet. Eine Ansteuerung des Entregungsschalters S1 erfolgt über die Ansteuerschaltung 244, die hier detaillierter als die Ansteuerschaltung 144 in 2 gezeigt ist.
Ohne Vorliegen eines Fehlers oder Defekts ist der Entregungsschalter S1 geschlossen bzw. leitend geschaltet. Falls ein sicherer Zustand eingenommen bzw. die Läuferwicklung entregt werden soll, kann der Entregungsschalter S1 geöffnet werden. Im Normalbetrieb kann eine Entregung über das Signal F2 erfolgen, über das der Schalter Q7 geschaltet werden kann, erfolgen. Ebenso kann aber die Entregung über das Fehlersignal SF erfolgen, das den Schalter Q6 steuert. Die weiteren Komponenten (Schalter Q4, Diode D4, Widerständen R5, R6, R7, R9) dienen der konkreten Umsetzung dieser Ansteuerung.
Weiterhin ist zu dem Lowside-Schalter T_{F_L} eine Diode, DF1, parallelgeschaltet. Damit gibt es auch für den Lowside-Schalter T_{F_L} eine gewisse Redundanz bzw. die Robustheit wird erhöht. Wenn der Lowside-Schalter T_{F_L} defekt sein sollte, wird durch diese Dioden der Entregungsvorgang gewährleistet.
An dem zweiten Anschluss F- der Regelschaltungseinrichtung 120 kann, wie erwähnt, die Spannung V1 gemessen werden. Hierzu sind geeignete Komponenten (Kondensator C1, Widerstände R10, R21 sowie Dioden D5, D6) vorgesehen. Eine Spannungsversorgung VDD beträgt z.B. 3,3V oder 5V).
Außerdem wird am zweiten Anschluss F- der Regelschaltungseinrichtung 120 das Signal F4 abgegriffen bzw. ausgegeben. Dies kann über eine geeignete Schaltung erfolgen, hier mittels des Widerstands R4 sowie der Diode D3 (Zenerdiode).
In 4 ist ein Teil einer Ansteueranordnung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gezeigt, nämlich eine Regelschaltungseinrichtung 320 bzw. ein Teil davon. Die Ansteueranordnung bzw. die Regelschaltungseinrichtung 320 entspricht grundsätzlich der Ansteueranordnung 110 bzw. Regelschaltungseinrichtung 120 gemäß den 1 und 2 bzw. der Ansteueranordnung 210 bzw. Regelschaltungseinrichtung 220 gemäß den 3a und 3b, sodass insofern auch auf die dortige Beschreibung verwiesen werden kann. Die Bezugszeichen sind jeweils um 100 bzw. 200 erhöht.
Ein Unterschied zur Regelschaltungseinrichtung 220 liegt hier insbesondere darin, dass ein zusätzlicher Entregungsschalter S2 in Reihe mit dem Entregungsschalter S1 geschaltet ist, sodass der Entregungsschalter S1 redundant ausgelegt ist. Wie zum Entregungsschalter S1 sind auch zum zusätzlichen Entregungsschalter S2 beispielhaft zwei Dioden D31, D32 parallelgeschaltet. Diese haben dieselbe Funktion wie die zum Entregungsschalter S1 parallelgeschalteten Dioden und können auf die gleiche Weise ausgebildet sein.
Ohne Vorliegen eines Fehlers oder Defekts ist der zusätzliche Entregungsschalter S2 - ebenso wie der reguläre Entregungsschalter S1 - geschlossen bzw. leitend geschaltet. Falls ein sicherer Zustand eingenommen bzw. die Läuferwicklung entregt werden soll, aber einer der Entregungsschalter defekt sein sollte und nicht mehr geöffnet werden kann, kann dies über den jeweils anderen Entregungsschaltererfolgen. Zum Ansteuern der Entregungsschalter S1 und S2 sind zwei Ansteuerschaltungen 344 bzw. 345 vorgesehen. Diese können jeweils z.B. wie die Ansteuerschaltung 144 bzw. 244 aufgebaut sein; beide Ansteuerschaltungen 344 und 345 erhalten das Fehlersignal SF als Eingang.
In den 5a und 5b ist ein Teil einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ansteueranordnung gezeigt, nämlich eine Sicherheitsabfrageschaltung 501. Die Sicherheitsabfrageschaltung ist in 5a schematisch mit ihrer Logik, und in 5b mit einer konkreten Verschaltung dargestellt.
Die Sicherheitsabfrageschaltung 501 erhält wie schon erwähnt z.B. verschiedene, insbesondere sicherheitsrelevante, Signale. Dies können z.B. die schon erwähnten Signale FOC, F3_F, F3_U etc. bis F3_Y sein, sowie weitere Signale F5, F5 und F7.
Das Signal F5 wird auf den Wert „0“ gesetzt, wenn z.B. eine Logik in der MCU bzw. deren Software einen sicheren Zustand einfordert.
Das Signal F6 dient der Überwachung der generellen Spannungs- bzw. Energieversorgung. Wenn diese ordnungsgemäß Funktioniert, liefert dieses Signal den Wert „1“, andernfalls den Wert „0“.
Das Signal F7 gibt an, ob ggf. eine Überspannung (z.B. bei Klemme 40) vorliegt. Wenn dem so ist, liefert dieses Signal den Wert „0“, andernfalls den Wert „1“.
All diese Signale sind logisch und-verknüpft, d.h., sobald eines dieser Signale den Wert „0“ ausgibt, liefert die Sicherheitsabfrageschaltung 501 als Ausgabesignal (Fehlersignal SF) den Wert „0“. Dies kann, wie in 5b zu sehen, mittels geeigneter (nicht bezeichneter) Schalter erfolgen, die dann den Schalter Q12 schalten können.
Außerdem ist hier jetzt noch das Signal F4 eingebunden. Solange dieses Signal F4 den Wert „1“ liefert (dies ist der Fall, solange die Entregung der Läuferwicklung erfolgt), wird der Schalter Q13 geschaltet, sodass das Fehlersignal SF den Wert „0“ liefert. Das Ausgabesignal bzw. Fehlersignal SF wird also während der Entregung auf „0“ belassen (verriegelt). Wenn nämlich alle anderen Signale in der Zwischenzeit auf den Wert „1“ schalten würden (in der Praxis könnte z.B. ohnehin alle bis auf eines durchgehend auf „1“ sein, d.h. es müsste nur eine wieder auf „1“ schalten), würde das Ausgabesignal bzw. Fehlersignal SF wieder auf „1“ geschaltet.
Nachfolgend soll nun ein bevorzugter Betrieb der elektrischen Maschine, insbesondere unter Verwendung der Ansteueranordnung 210, erläutert werden.
Ein Normalzustand bedeutet, dass kein Fehler vorliegt und die Ansteueranordnung die elektrische Maschine regulär steuern kann. In diesem Modus werden die folgenden Aktionen ausgeführt: Alle Schalter des Stromrichters werden z.B. über ein PWM-Signal von der MCU (oder einer anderen Art von Modulationssignal, das von der MCU erzeugt wird) ausgelöst. Zum Betrieb der elektrischen Maschine muss die Erregung eingeschaltet sein, daher sind die Schalter Q1 und S1 (sowie S2, falls vorhanden) geschlossen (leitend). Die Schalter T_{F_H} und T_{F_L} werden von der MCU über die Ansteuerschaltung 240 gesteuert. Der Erregerstrom wird geregelt.
Das Ausgabesignal der Sicherheitsabfrageschaltung bzw. das Fehlersignal SF hat hierbei den Wert „1“, der Wert des Signals F1 ist hier „0“, und der Wert des Signals F2 ist „1“.
Wenn eines der Signale FOC, F3_F, F3_U etc., F5, F6 oder F7 de Wert „0“ annimmt, schaltet das Sicherheitssignal SF ebenfalls auf „0“ (vgl. 5a, 5b). Dann wird der sichere Zustand aktiviert bzw. veranlasst und der Stromrichter geht in den sicheren Zustand über, was bedeutet, dass alle Lowside-Schalter, sowohl des Stromrichters als auch der Regelschaltungseinrichtung, geschlossen (leitend geschaltet) und alle Highside-Schalter geöffnet (nichtleitend geschaltet) werden. Die Zustände der Highside-Schalter und Lowside-Schalter können auch vertauscht sein. Auch ist denkbar, die Highside-Schalter und Lowside-Schalter zwischen den Zuständen geschlossen und offen mit einer bestimmten Frequenz hin und her zuschalten. In allen Fällen bedeutet dies einen aktiven Kurzschluss.
Der Mechanismus wird also das Sicherheitssignale SF aktiviert; hierzu kann ein geeigneter Eingangsanschluss an den betreffenden Ansteuerschaltungen vorgesehen sein, wie z.B. in den 3a, 3b zu sehen.
Der Entregungsvorgang beginnt und wird fortgesetzt, bis die in der Läuferwicklung (Erregerspule) gespeicherte Energie Null erreicht. Die Schalter Q1 und S1 (sowie ggf. S2) sind geöffnet. Hierbei schließt das Fehlersignal SF den Schalter Q6, d.h. wenn SF den Wert „0“ hat, wird der Schalter Q6 ausgeschaltet. Das Schließen von Q6 wiederum führt zum Schließen des Schalters Q4. Wenn SF den Wert „0“ hat, wird auch der Schalter Q1 über den Schalter Q5 (dieser kann z.B. ein Depletion-MOSFET sein) ausgeschaltet.
Der Entregungsstrom (ein Kreisstrom) fließt über den Schalter T_{F_L} und die antiparallele Diode DF1 (hier könnten auch mehrere antiparallele Dioden vorgesehen sein), dann durch die Erregerspule und schließlich über die TVS-Dioden. Der Kreisstrom ist in 2 durch eine gestrichelte Linie dargestellt; dies gilt entsprechend für die 3a sowie 4.
Eine vorübergehende Überspannung an den TVS-Dioden D21 und D22 (sowie ggf. D31 und D32) schaltet diese TVS-Dioden ein und der Erregerstrom fließt während dieses Modus durch diese Dioden. Es sei angemerkt, dass eine passende Anzahl der TVS-Dioden in Abhängigkeit von der Erregerspannung, der transienten Überspannung im Entregungsmodus, dem thermischen Widerstand der Komponenten und der Verlustleistung der TVS-Dioden gewählt werden kann. Die nahezu konstante Spannung der TVS-Dioden trägt dazu bei, die Spule deutlich schneller zu entregen als bei der Verwendung eines Entladewiderstands anstelle der TVS-Dioden (in 2 sind die TVS-Dioden gezeigt).
Der Mechanismus, den Wert des Fehlersignals SF (Ausgabesignal der Sicherheitsabfrageschaltung) durch das Signal F4 zu verriegeln („Latch-Mechanismus“), sorgt dafür, dass der Wert des Fehlersignals SF bei „0“ bleibt. Dies stellt sicher, dass die Läuferwicklung vollständig entregt wird und der Entregungsvorgang nicht ggf. durch ein Änderung des Fehlersignals SF unterbrochen wird
Wie erwähnt, bietet die vorgeschlagene Schaltung mehrere Möglichkeiten (oder Mechanismen), um den sicheren Zustand der Ansteueranordnung sowie der elektrischen Maschine im Fehlerfall zu gewährleisten.
Sicherheitsabfrageschaltung (oder Zustandsaggregator): Hiermit kann eine Sicherheitsfunktion wie vorstehend beschrieben implementiert werden. Sofern ein (noch) höheres Sicherheitsniveau gewünscht ist, kann auch eine weitere Sicherheitsabfrageschaltung verwendet werden. Beide können z.B. redundant verwendet werden, also z.B. dieselben (oder z.B. nur zum Teil dieselben) Signale als Eingang erhalten. Denkbar ist auch, dass die MCU eine oder beide Sicherheitsabfrageschaltungen ansteuern (auslösen) kann. Die Ausgabesignale können dann auch verschaltet werden, sodass das resultierende Fehlersignal dann den Wert „0“ annimmt, wenn zumindest ein Ausgabesignal „0“ wird.
Dioden bzw. TVS-Dioden zur Entregung: Es gibt z.B. einen Satz an TVS-Dioden und dessen parallelen Entregungsschalter S1 (z.B. MOSFET). Dieser Satz kann zwischen einer oder einer Vielzahl an Dioden umfassen. Für ein höheres Sicherheitsniveau kann z.B. auch ein zweier Satz an solchen Dioden mit einem zweiten Entregungsschalter S2 (vgl. 4) vorgesehen werden. Bei einem Fehler in einem der Sätze kann der andere Satz den Entregungsvorgang gewährleisten, wenngleich mit niedrigerer Spannung (z.B. zwei TVS-Dioden anstelle von vier TVS-Dioden in Reihe), was zu einem langsameren Entregungsvorgang im Vergleich zu allen TVS-Dioden führt.
Diode DF1 parallel zum Lowside-Schalter, T_{F_L}, der Regelschaltungseinrichtung: Während des Entregungsvorgangs ist der Schalter T_{F_L} geschlossen. Wenn dieser Schalter aus irgendeinem Grund nicht geöffnet werden kann, fließt der Strom durch die Paralleldiode und auch die Bodydiode des Schalters T_{F_L}. Auch hier können zwei oder mehr Dioden parallel Lowside-Schalter, T_{F_L}, vorgesehen sein. Durch die Verwendung von z.B. zwei parallelen Dioden, die jeweils den gesamten Strom tragen können, kann eine aufwändige Diagnose für den Schalter T_{F_L} vermieden werden.
Aktiver Kurzschluss mit Entregung aufgrund des Fehlersignals SF: Der aktive Kurzschluss ist z.B. definiert als ein Kurzschluss der Lowside-Schalter der Phasen U, V, W, X und Y des Stromrichters, d.h. die Lowside-Schalter müssen geschlossen (leitend geschaltet) werden. Die Ansteuerschaltung bzw. Ansteuerschaltungen (je nachdem, wie viele Ansteuerschaltungen verwendet werden, vgl. z.B. individuelle Ansteuerschaltungen je Halbbrücke in 3b) führen diesen aktiven Kurschluss aus bzw. herbei, wenn das Fehlersignal SF dies anfordert, d.h. den Wert „0“ hat. Denkbar ist auch, dass bei der aktive Kurschluss bei einem internen Fehler der Ansteuerschaltung(en) ausgelöst wird.
Es ist anzumerken, dass aufgrund der thermischen Belastung der Lowside-Schalter während des aktiven Kurzschlusses die Möglichkeit besteht, einen solchen aktiven Kurzschluss zwischen Highside- und Lowside-Schaltern umzuschalten (Umschalten zwischen Highside- und Lowside-Schaltern). Um diese Umschaltfunktion zu erreichen, ist z.B. ein Schwingkreis mit einstellbarer Frequenz erforderlich, um die Gate-Signale von Highside- und Lowside-Schaltern zu ändern. Da der Schalter Q1 zum Trennen der Erregerspule von der positiven Versorgungsspannung im sicheren Zustand verwendet wird, stellt das Umschalten zwischen T_{F_H} und T_{F_L} kein Problem für den Entregungsvorgang dar; der Entregungsstrom kann z.B. über die Diode DF1 fließen.
Der Entregungsmechanismus kann z.B. definiert werden als das Trennen der Spule (Läuferwicklung) vom positiven Versorgungsanschluss B+ durch Öffnen des Schalters Q1 und Öffnen des Entregungsschalters S1 (sowie ggf. S2). Der Schalter T_{F_L} ist wegen des betreffenden aktiven Kurschlusses geschlossen; selbst wenn der Schalter T_{F_L} offenbleibt, kann der Entregungsstrom durch DF1 und DF2 (oder die Body-Diode, wenn ein MOSFET T_{F_L} verwendet wird) fließen.
Erregerstrommessung und Überstromerkennung des Erregerkreises durch den erwähnten Messwiderstand und Überstrommesseinrichtung: Wie in 2, 3 oder 4a dargestellt, kann der Erregerstrom mit einem Shunt- bzw. Messwiderstand (Rsh) gemessen werden, denkbar sind auch zwei oder mehr Shunt- bzw. Messwiderstände. Die Ausgabe des gemessenen Stroms wird zu Kontrollzwecken an die MCU gesendet (d.h. Signal bzw. Strom i_F). Die Überstrommesseinrichtung überwacht den Erreger- bzw. Feldstrom. Überschreitet der Feldstrom z.B. einen bestimmten Schwellwert (z.B. Sollwert) für eine bestimmte Zeit, wechselt der Wert dieser Erkennungsmechanismen (Signal) von „1“ auf „0“. Dies führt zu einem sicheren Zustand durch Aktivierung des Fehlersignals SF.
Es sei erwähnt, dass auch andere Arten zur Messung des Erregerstroms verwendet werden können, z.B. Hall-Sensoren.
Um eine zuverlässigere Entregungsschaltung herzustellen, kann die Diode D22 (oder generell die letzte Diode im (letzten) Satz) direkt an den negativen Versorgungsanschluss bzw. direkt an die betreffende Stromschiene angeschlossen werden (wie in 4 gezeigt). Bei Ausfall des Messwiderstands wird der Entregungskreis nicht getrennt und der Entregungsstrom fließt immer durch die TVS-Dioden (d.h. z.B. D21, D22, D31 und D32). Dieser direkte Anschluss von TVS-Dioden an B- sollte bei Verwendung eines einzelnen Messwiderstands immer vorgesehen sein.
Diagnose, um eine Funktionsfähigkeit zum Einnehmen des sicheren Zustands bei Vorliegen eines Fehlers zu überprüfen: Eine solche Diagnose kann Teil des Sicherheitsmechanismus bzw. der Sicherheitsmechanismen sein. Wie erwähnt, können verschieden Komponenten oder Funktionen auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft werden.
Die Diagnose kann umfassen, eine Funktionsfähigkeit des zusätzlichen Highside-Schalters Q1 und/oder der Ansteuerschaltung (z.B. 243) für den zusätzlichen Highside-Schalter zu prüfen. Wie erwähnt, wird der zusätzliche Highside-Schalter Q1 über das Fehlersignal SF und das Signal F1 gesteuert. Diese Signale steuern den Schalter Q5 (MOSFET, z.B. vom Verarmungstyp, „depletion“), und können den zusätzlichen Highside-Schalter Q1 wie folgt steuern:

Wenn das Fehlersignal SF den Wert „1“ hat und das Signal F1 den Wert „0“, dann ist der zusätzliche Highside-Schalter Q1 geschlossen. In den anderen drei möglichen Kombinationen von Werten der beiden Signale ist der zusätzliche Highside-Schalter Q1 geöffnet. Ebenso kann aber vorgesehen sein (je nach konkretem Aufbau des Inverters), dass der Highside-Schalter Q1 geschlossen bleibt oder ist, wenn das Fehlersignal SF den Wert „1“ hat und das Signal F1 den Wert „1“. Mit anderen Worten kommt es dann also hinsichtlich der Frage, ob der Highside-Schalter Q1 offen oder geschlossen ist, auf das Signal F1 nicht an, sondern nur auf das Fehlersignal SF.

Bevor der zusätzliche Highside-Schalter Q1 getestet werden kann, ist eine Energieversorgung für dessen Ansteuerschaltung herzustellen, d.h. die Bootstrap-Kondensatoren, z.B. C_BST und C_{BST_U} (vgl. 4a, 4b) oder auch andere und/oder weitere, sind zu laden. Die betreffenden Highside-Schalter, also z.B. T_{F_H} und T_{F_U}, sind hierfür zu öffnen, die betreffenden Lowside-Schalter der Phasen des Inverters zu schließen, zumindest für eine gewisse Zeitdauer von z.B. 10ms.
Zum Start der Diagnose kann zunächst das Signal F1 den Wert „1“ annehmen, für den Fall, dass kein Fehler vorliegt, ist das Fehlersignal SF auch „1“, und die Spannung am Drain des Highside-Schalters T_{H_F} der Regelschaltungseinrichtung kann von der MCU gelesen werden. Diese Spannung sollte 0V betragen.
Dann kann der das Signal F1 den Wert „0“ annehmen (d.h. das Signal sollte entsprechend geschaltet werden). Damit sollte der zusätzliche Highside-Schalter Q1 eingeschaltet werden. In diesem Moment, kann die Spannung am Drain des Highside-Schalters T_{H_F} der Regelschaltungseinrichtung (Spannung V2) von der MCU gemessen bzw. erfasst werden; diese Spannung sollte dann dem Wert von B+ entsprechen, also z.B. 48V. Wenn dem so ist, kann davon ausgegangen werden, dass der zusätzliche Highside-Schalter Q1 funktionsfähig ist. Je nach Aufbau des Inverters kann z.B: auch nur vorgesehen sein, dass das Fehlersignal SF auf den Wert „0“ geschaltet wird, um die die Funktionsfähigkeit des Highside-Schalters Q1 zu prüfen.
Die Diagnose kann auch umfassen, eine Funktionsfähigkeit des Highside-Schalters T_{H_F} und/oder des Lowside-Schalters T_{L_F} der Regelschaltungseinrichtung und/oder der Ansteuerschaltung für den Highside-Schalter und/oder den Lowside-Schalter zu prüfen. Hierzu kann der zusätzliche Highside-Schalter Q1 eingeschaltet, d.h. geschlossen, werden. Dann können für eine gewisse Zeitdauer von z.B. 10ms PWM-Pulse an Highside-Schalter T_{H_F} und/oder des Lowside-Schalter T_{L_F} (bzw. deren Gates) angelegt werden. Der Erregerstrom i_F sollte hierbei einen gewissen Wert von z.B. 0,5A erreichen oder überschreiten. Wenn dem so ist, kann davon ausgegangen werden, dass der Highside-Schalter T_{H_F} und/oder der Lowside-Schalter T_{L_F} funktionsfähig sind.
Die Diagnose kann auch umfassen, eine Funktionsfähigkeit des Entregungsschalters S1 und/oder S2 und/oder einer Ansteuerschaltung für den Entregungsschalter zu prüfen. Der Entregungsschalter S1 und/oder S2 kann, wie erwähnt, über die Signale SF und F2 gesteuert werden. Für die Diagnose können mehreren Schritte durchgeführt werden.
So kann zunächst der zusätzliche Highside-Schalter Q1 eingeschaltet werden (z.B. kann SF auf „1“ sein, F1 kann auf „0“ geschaltet werden). Dann können PWM-Pulse an Highside-Schalter T_{H_F} und/oder des Lowside-Schalter T_{L_F} (bzw. deren Gates) der Regelschaltungseinrichtung angelegt werden. Dann kann der Erregerstrom i_F gemessen bzw. erfasst werden. Dieser sollte null sein, da der Entregungsschalter S1 (oder S2) ausgeschaltet, d.h. geöffnet, ist. Dann kann der Wert des Signals F2 auf „1“ gesetzt werden. Dann kann der Erregerstrom i_F erneut gemessen bzw. erfasst werden. Dieser sollte jetzt einen Wert haben, der dem Tastverhältnis der PWM-Pulse entspricht. Wenn dem so ist, kann von der Funktionsfähigkeit des Entregungsschalters S2 ausgegangen werden.
Die Diagnose kann auch umfassen, eine Funktionsfähigkeit der Ansteueranordnung, das Ausgabesignal der Sicherheitsabfrageschaltung nicht zu ändern, bis die Läuferwicklung bis zu einem vorgegebenen Schwellwert, vorzugsweise vollständig, entregt ist, zu prüfen (den sog. „Latch-Mechanismus“).
Hierzu sollten der zusätzliche Highside-Schalter Q1 und der Entregungsschalter S1 eingeschaltet, d.h. geschlossen, sein. Dann können für eine gewisse Zeitdauer von z.B. 10ms PWM-Pulse an den Erregerkreis, also den Highside-Schalter T_{H_F} und/oder den Lowside-Schalter T_{L_F} (bzw. deren Gates) angelegt werden. Der Erregerstrom i_F sollte hierbei einen gewissen Wert von z.B. 0,5A erreichen oder überschreiten. Der Erregerstrom i_F sollte dabei bevorzugt über den Messwiderstand gemessen und von der MCU ausgelesen werden.
Das Fehlersignal SF kann dann aktiviert, d.h. auf den Wert „0“ geschaltet werden, z.B. über einen Software-Befehl (von der MCU). Innerhalb einer gewissen Zeitdauer von z.B. 3ms nach dieser Aktivierung können alle Eingänge (Signale) der Sicherheitsabfrageschaltung (vgl. 5a, 5b) auf den Wert „1“ gesetzt werden (z.B. über Software-Befehle). Dabei sollte der Wert des Fehlersignals SF aber den Wert „0“ beibehalten. Wenn dem so ist, kann davon ausgegangen werden, dass der „Latch-Mechanismus“ funktionsfähig ist.
Die Diagnose kann auch umfassen, eine Funktionsfähigkeit eine Funktionsfähigkeit der zumindest einen Diode, also z.B. der TVS-Dioden, zu prüfen. Hierzu sollten der zusätzliche Highside-Schalter Q1 und der Entregungsschalter S1 eingeschaltet, d.h. geschlossen, sein. Dann können für eine gewisse Zeitdauer von z.B. 10ms PWM-Pulse an den Erregerkreis, also den Highside-Schalter T_{H_F} und/oder den Lowside-Schalter T_{L_F} (bzw. deren Gates) angelegt werden. Der Erregerstrom i_F sollte hierbei einen gewissen Wert von z.B. 0,5A erreichen oder überschreiten. Der Erregerstrom i_F sollte dabei bevorzugt über den Messwiderstand gemessen und von der MCU ausgelesen werden.
Das Fehlersignal SF kann dann aktiviert, d.h. auf den Wert „0“ geschaltet werden, z.B. über einen Software-Befehl (von der MCU). Dann kann die Spannung am zweiten Anschluss F- der Regelschaltungseinrichtung 120 (Spannung bzw. Signal V1) gemessen bzw. erfasst werden. Diese Spannung bzw. deren Verlauf sollte die Form einer Spitze oder eines Pulses aufweisen, und zwar mit einer bestimmten Dauer von z.B. 5ms; dies resultiert aus dem Einschalten der Dioden bzw. TVS-Dioden. Der maximale Wert der Spannung sollte dabei der Summe aller Einbruchspannung der verwendeten Dioden bzw. TVS-Dioden entsprechen. Wenn dem so ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Dioden bzw. TVS-Dioden funktionsfähig sind.

Claims

Ansteueranordnung (210) zum Betreiben einer elektrischen Maschine (102) mit Läuferwicklung (106) und Ständerwicklung (104), mit einer Regelschaltungseinrichtung (220, 320), die an die Läuferwicklung (106) anzuschließen und zum Ansteuern der Läuferwicklung (106) eingerichtet ist, wobei die Regelschaltungseinrichtung (220, 320) einen Highside-Schalter (T_{F_H}), ein Halbleiterbauelement (T_{F_L}), insbesondere Lowside-Schalter, und einen Entregungsschalter (S1) aufweist, wobei der Highside-Schalter (T_{F_H}) derart angeordnet ist, dass darüber ein erster Anschluss (F+) der Läuferwicklung (106) an einen positiven Versorgungsanschluss (B+) der Ansteueranordnung anschließbar ist, wobei das Halbleiterbauelement (T_{F_L}) derart angeordnet ist, dass darüber der erste Anschluss (F+) der Läuferwicklung an einen negativen Versorgungsanschluss (B-) der Ansteueranordnung anschließbar ist, wobei der Entregungsschalter (S1) derart angeordnet ist, dass darüber ein zweiter Anschluss (F-) der Läuferwicklung an den negativen Versorgungsanschluss (B-) der Ansteueranordnung anschließbar ist, wobei die Ansteueranordnung (210) derart eingerichtet ist, dass, wenn bei Normalbetrieb, zur Entregung, das Halbleiterbauelement (T_{F_L}) leitend ist und der Entregungsschalter (S1) geöffnet wird, ein Entregungsstromkreis (K) gebildet wird, über den die Läuferwicklung (106) entregt wird, wobei die Ansteueranordnung (210) dazu eingerichtet ist, bei Vorliegen zumindest eines Fehlers einen sicheren Zustand einzunehmen, indem die Läuferwicklung (106) von dem positiven Versorgungsanschluss (B+) getrennt und/oder, bei angeschlossener Läuferwicklung (106), die Läuferwicklung (106) entregt werden, wobei a) die Ansteueranordnung (210) einen zusätzlichen Highside-Schalter (Q1), der in Reihe mit dem Highside-Schalter (T_{F_H}) geschaltet ist, sodass der Highside-Schalter (T_{F_H}) redundant ausgelegt ist, und eine Ansteuerschaltung (243) für den zusätzlichen Highside-Schalter aufweist, die über zumindest eine andere Ansteuerschaltung oder Teil-Ansteuerschaltung der Ansteueranordnung mit Energie versorgt ist, und/oder b) die Ansteueranordnung (210) eine Sicherheitsabfrageschaltung aufweist, die eingerichtet ist, mittels eines Ausgabesignals zu veranlassen, den sicheren Zustand einzunehmen, insbesondere indem, bei angeschlossener Läuferwicklung (106), die Läuferwicklung entregt wird, wobei die Ansteueranordnung dazu eingerichtet ist, wenn die Läuferwicklung (106) über den Entregungsstromkreis (K) entregt wird, das Ausgabesignal der Sicherheitsabfrageschaltung nicht zu ändern, bis die Läuferwicklung bis zu einem vorgegebenen Schwellwert, vorzugsweise vollständig, entregt ist, und/oder c) die Ansteueranordnung (210) eingerichtet ist, vor und/oder bei einem Start des Normalbetriebs, eine Diagnose durchzuführen, um eine Funktionsfähigkeit zum Einnehmen des sicheren Zustands bei Vorliegen eines Fehlers zu überprüfen.
Ansteueranordnung (210) nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine andere Ansteuerschaltung oder Teil-Ansteuerschaltung eine Ansteuerschaltung oder Teil-Ansteuerschaltung zum Ansteuern von Schaltern eines Stromrichters der elektrischen Maschine, insbesondere einer Phase, und/oder zumindest des Highside-Schalters (T_{F_H}, T_{F_L}) der Regelschaltungseinrichtung (220) umfasst.
Ansteueranordnung (210) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ansteuerschaltung für den zusätzlichen Highside-Schalter dazu eingerichtet ist, das Ausgabesignal der Sicherheitsabfrageschaltung zu erhalten, und basierend auf dem Ausgabesignal den zusätzlichen Highside-Schalter (Q1) zu schalten.
Ansteueranordnung (210) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ansteueranordnung dazu eingerichtet ist, wenn die Läuferwicklung (106) über den Entregungsstromkreis (K) entregt wird, das Ausgabesignal der Sicherheitsabfrageschaltung nicht zu ändern, bis die Läuferwicklung bis zu einem vorgegebenen Schwellwert, vorzugsweise vollständig, entregt ist, indem während der Entregung ein Schaltmechanismus aktiviert wird, insbesondere ein Schaltsignal erzeugt wird, der sicherstellt, dass das Ausgabesignal der Sicherheitsabfrageschaltung nicht geändert wird.
Ansteueranordnung (210) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Diagnose umfasst, eine Funktionsfähigkeit des zusätzlichen Highside-Schalters (Q1) und/oder der Ansteuerschaltung für den zusätzlichen Highside-Schalter (Q1) zu prüfen.
Ansteueranordnung (210) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Diagnose umfasst, eine Funktionsfähigkeit des Highside-Schalters (T_{F_H}) und/oder des als Lowside-Schalter ausgebildeten Halbeiterbauelements (T_{F_L}) und/oder der Ansteuerschaltung für den Highside-Schalter und/oder den Lowside-Schalter zu prüfen.
Ansteueranordnung (210) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Diagnose umfasst, eine Funktionsfähigkeit des Entregungsschalters (S1) und/oder einer Ansteuerschaltung für den Entregungsschalter zu prüfen.
Ansteueranordnung (210) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Diagnose umfasst, eine Funktionsfähigkeit der Ansteueranordnung, das Ausgabesignal der Sicherheitsabfrageschaltung nicht zu ändern, bis die Läuferwicklung bis zu einem vorgegebenen Schwellwert, vorzugsweise vollständig, entregt ist, zu prüfen.
Ansteueranordnung (210) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit zumindest eine Diode (D21, D22), insbesondere TVS- oder Zenerdiode, die zu dem Entregungsschalter (S1) und parallelgeschaltet ist, die in dem Entregungsstromkreis (K) liegt, wobei die Diagnose umfasst, eine Funktionsfähigkeit der zumindest einen Diode zu prüfen.
Ansteueranordnung (210) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Stromrichter (130) mit mehreren Halbbrücken mit jeweils zwei Schaltern (T_{U_H}, T_{U_L}, T_{V_H}, T_{V_L}, T_{W_H}, T_{W_L}, T_{X_H}, T_{X_L}, T_{Y_H}, T_{Y_L}) wobei die Halbbrücken jeweils an eine von mehreren elektrische Phasen der Ständerwicklung anzuschließen sind, und wobei der Stromrichter (130) zum Ansteuern der Ständerwicklung (104) eingerichtet ist, und mit einer oder mehreren Ansteuerschaltungen (240, 242) zum Ansteuerung der Schalter des Stromrichters und zumindest des Highside-Schalters (T_{F_H}, T_{F_L}) der Regelschaltungseinrichtung (220).
Elektrische Maschine (102) mit Läuferwicklung (106) und Ständerwicklung (104), und mit einer Ansteueranordnung (210) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine (102) nach Anspruch 11, wobei bei Vorliegen zumindest eines Fehlers während des Betriebs ein sicherer Zustand eingenommen wird, indem die Läuferwicklung (106) von einem positiven Versorgungsanschluss (B+) getrennt und/oder die Läuferwicklung (106) entregt wird.