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Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung für eine elektrische Maschine, aufweisend einen Zwischenkreis mit einem High-Pfad und mit einem Low-Pfad sowie mit einem dazwischen verschalteten Zwischenkreiskondensator. Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine sowie eine Verwendung der elektrischen Schaltung.
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Bei modernen Kraftfahrzeugen werden üblicherweise parallel zu den mit einer Spannung mit einem Spannungswert von 12 V (Volt) betriebenen Komponenten häufig auch solche Komponenten eingesetzt, welche mit einem höheren Betriebsspannungswert betrieben werden. Insbesondere bei Kraftahrzeugen mit einem rein elektrischen Antrieb oder mit einem Hybridantrieb können derart hohe Betriebsspannungen einen Wert von 100 V überschreiten. Dabei werden im Automobilbereich bereits Spannungswerte von mehr als 60 V als „Hochspannung“ oder „Hochvolt (HV)“ bezeichnet.
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Insbesondere die mit Hochspannung betriebenen elektrischen Maschinen, typischerweise elektrische Antriebssysteme, die zum Beispiel einen Fahrmotor, eine Kühl- oder Schmiermittelpumpe, ein Kältemittelverdichter (Klimakompressor) oder dergleichen umfassen, sind dabei in einem sogenannten „Hochspannungsnetz“ eingebunden. Ein solches Hochspannungsnetz umfasst in der Regel auch wenigstens einen Energiespeicher (z. B. einen Kondensator), der jeweils einer oder allen elektrischen Einheiten des Hochspannungsnetzes zugeordnet ist. Dieser dient beispielsweise dazu, den für die elektrische Einheit oder die elektrischen Einheiten erforderlichen Betriebsspannungswert konstant zu halten.
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Insbesondere in elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Elektrofahrzeugen, entsteht auf dem (Hochspannungs-, Hochvolt-)Bordnetz eine überlagerte Wechselspannung aufgrund der Schaltverhalten der eigenen und auch der anderen Komponenten die an diesem Netz liegen. Auf Grund der Struktur des Bordnetzes entstehen Oberwellen in einer Höhe und Frequenz, welche, je nach Fahrzeugstruktur, unterschiedlich sind.
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Um die Widerstandsfähigkeit der Komponenten gegen überlagerte Wechselspannungen zu prüfen, wird von dem Kraftfahrzeughersteller typischerweise ein Belastungstest durchgeführt. In diesem Belastungstest wird zuerst die Resonanzfrequenz des Prüflings gesucht. Daraufhin muss auf dieser Frequenz eine überlagerte Wechselspannung in bestimmter Höhe eingeprägt werden. Diese Prüfung wird für circa 15 s (Sekunden) durchgeführt. In dieser Zeit kann der Strom durch den Prüfling deutlich über 100 A (Ampere) erreichen, und den Prüfling zerstören, sofern keine Maßnahmen dagegen vorgesehen sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders betriebssichere elektrische Schaltung für eine elektrische Maschine anzugeben. Insbesondere soll eine Eigensicherheit der elektrischen Maschine im Hinblick auf Belastungstests im Zuge einer Kraftfahrzeugherstellung verbessert werden. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete elektrische Maschine und eine besonders geeignete Verwendung anzugeben.
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Hinsichtlich der elektrischen Schaltung wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie hinsichtlich der Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die im Hinblick auf die elektrischen Schaltung angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die elektrische Maschine und/oder die Verwendung übertragbar und umgekehrt.
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Die erfindungsgemäße elektrische Schaltung ist für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine elektrische Maschine eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise eines elektrischen Kältemittelverdichters eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen, sowie dafür geeignet und eingerichtet. Die elektrische Schaltung weist einen (Gleichspannungs-)Zwischenkreis mit einem High-Pfad (HV-Plus, HV+) und mit einem Low-Pfad (HV-Minus, HV-) sowie mit einem dazwischen verschalteten Zwischenkreiskondensator auf. Der High-Pfad ist hierbei an eine positive oder hohe Versorgungspannung und der Low-Pfad an eine negative oder niedrige Versorgungsspannung angeschlossen.
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Der Zwischenkreis ist mit einem die Versorgungsspannung bereitstellenden Energiespeicher, beispielsweise einer Hochvolt- oder Fahrzeugbatterie, verbunden. Insbesondere ist der Zwischenkreis hierbei an ein Versorgungsnetz angeschlossen oder anschließbar. Bei dem (Versorgungs-)Netz handelt es sich vorzugsweise um ein Hochspannungsnetz. Unter einem Hochspannungsnetz, insbesondere einem Hochspannungs-Bordnetz eines Kraftahrzeugs, wird hier und im Folgenden insbesondere ein (Bord-)Netz verstanden, in welchem Spannungen größer oder gleich 60 V verarbeitet werden.
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Die elektrische Maschine weist hierbei beispielsweise einen mehrphasigen, insbesondere bürstenlosen, Elektromotor auf, welcher über eine an einem Zwischenkreis angeschlossene Wechselrichterschaltung angesteuert ist.
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Erfindungsgemäß weist die elektrische Schaltung eine im Low-Pfad verschaltete Reihenschaltung eines Messwiderstands und mindestens eines Transistors auf. Der Messwiderstand ist insbesondere ein Shunt-Widerstand, mittels welchem ein Zwischenkreisstrom des Zwischenkreises erfassbar ist. Der Transistor ist vorzugsweise als (Leistungs-)Transistor ausgeführt, und weist eine integrierte Freilaufdiode (Body-Diode) auf. Mit anderen Worten weist der Transistor eine Diode auf, oder ist mittels einer Diode überbrückt, die folglich parallel zu dem schaltbaren Teil des Transistors geschaltet ist, sodass ein Stromfluss in eine Richtung stets ermöglicht ist, unabhängig von dem Schalterzustand des Transistors.
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Ein Komparator vergleicht hierbei ein mittels des Messwiderstands erfasstes Messsignal mit einem vorgegebenen Referenzwert. Das Messsignal des Messwiderstands entspricht hierbei dem elektrischen Strom im Zwischenkreis beziehungsweise im Low-Pfad. Der Transistor ist mittels des Komparators angesteuert, dies bedeutet, dass ein Ausgang des Komparators an einen Steueranschluss oder Steuereingang des Transistors geführt ist. Der Transistor ist hierbei derart angesteuert, dass der Transistor bei einem negativen Vergleichsergebnis, bei welchem der Referenzwert größer als das Messsignal ist, von dem Komparator leitend geschaltet (geschlossen) ist, und dass der Transistor bei einem positiven Vergleichsergebnis, bei welchem der Referenzwert kleiner als das Messsignal ist, von dem Komparator sperrend geschaltet (geöffnet) ist. Dadurch ist eine besonders geeignete elektrische Schaltung für eine elektrische Maschine realisiert.
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Die Erfindung stellt hierbei darauf ab, dass bei einem Erreichen eines deutlich über dem Normalstrom gemessenen Stromwertes (Messsignal) der Transistor abgeschaltet wird, und dadurch ein Resonanzstrom, also insbesondere der resonante Wechselstrom während eines Belastungstests eines mit der elektrischen Schaltung und elektrischen Maschine versehenen Prüflings, über die Freilaufdiode lediglich noch in eine Richtung fließen kann, und in der Gegenrichtung gesperrt wird. Dies ist im Folgenden auch als eine aktive Diode bezeichnet.
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Das Ziel der erfindungsgemäßen Schaltung besteht insbesondere darin, im Normalbetrieb lediglich den geringen Reihenwiderstand eines Transistors als Verlustleistung zuzulassen, wobei in einem Überstrombetrieb die Verlustleistung auf den Durchlassverlust einer in Reihe liegenden Diode ansteigt. Hierzu wird der Zwischenkreisstrom über den Messwiderstand in einem Komparator mit einem Referenzwert verglichen. Beim Überschreiten des Referenzwertes schaltet der Komparator für eine bestimmte Zeit den Transistor ab, so dass der rückwärts fliesende Strom durch den abgeschalteten Transistor gesperrt wird.
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Die Erfindung ermöglicht eine deutlich höhere Absicherung im Sinne einer Eigensicherheit, welche eine geringe Verlustleistung aufweist, so dass diese Maßnahme ohne zusätzliche Anbindung der Bauteile an eine Kühlfläche auskommt. Unter einer „Eigensicherheit“ der elektrischen Schaltung oder der elektrischen Maschine wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass eine Beschädigung oder Zerstörung der Schaltung beziehungsweise der Maschine im Überstromfall, also bei einem Fehlerfall oder Resonanzfall, weitestmöglich vermieden wird. Die Eigensicherheit ist also ein Schutz der Elektronik gegen zu hohe Ströme.
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In einer vorteilhaften Ausführung ist der Transistor als ein Feldeffekt-Transistor (FET), beispielsweise als ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, engl.: metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) ausgeführt, welcher sourceseitig an den Messwiderstand geschaltet ist. Mit anderen Worten ist der Source-Anschluss des FETs an den Messwiderstand, und der Drain-Anschluss an die Versorgungsspannung angeschlossen. Geeigneterweise ist hierbei der Zwischenkreiskondensator sourceseitig zum Transistor mit dem Low-Pfad verschaltet. Dadurch wird sichergestellt, dass bei einem Abschalten oder Öffnen des Transistors, die gesamte Zwischenkreisspannung nicht an dem Drain-Anschluss des Transistors anliegt.
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In einer möglichen Weiterbildung weist die Reihenschaltung zwei antiparallel geschaltete Transistoren auf, so dass sowohl eine obere als auch eine untere Halbwelle eines Resonanzstroms unterdrückbar ist. Vorzugsweise ist der Komparator in einen Controller, beispielsweise einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor, integriert. Durch die Erweiterung der Schaltung um einen Controller und einen zweiten Transistor, welcher die gesamte Zwischenkreisspannung tragen kann, wird mit diesem Schaltungsansatz zusätzlich zum Schutz gegen überlagerte Wechselspannung auch ein Kurzschlussschutz der dahinter liegenden Komponenten der elektrischen Maschine realisiert.
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Dadurch ist eine besonders sichere Eigensicherheit der Schaltung realisiert, bei welcher mit einem der Transistoren die Oberwellen im Resonanzkreis verhindert werden und mit dem anderen Transistor die gesamte Elektronik auf dem Low-Pfad abgeschaltet wird.
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Der eine Transistor bildet hierbei die aktive Diode als Funktion ab, wobei der andere Transistor Teil der Eigensicherheit der Schaltung ist, mit dem Ansatz, dass bei einem z.B. Brückenkurzschluss dieser Transistor öffnet, und die gesamte Elektronik von der Versorgung trennt. Funktional schalten beide Transistoren bei unterschiedlichen Strömen wobei der Stromwert für den Transistor der Eigensicherheit höher liegt als für den Transistor der aktiven Diode. Da bei einer überlagerten Wechselspannung der Betrieb weiter laufen soll ist lediglich das Schwingen (Aufschwingen) des Stromes der durch den Zwischenkreiskondensator fließt zu unterbinden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist der Controller zumindest im Kern durch einen Mikrocontroller mit einem Prozessor und einem Datenspeicher gebildet. Der Controller kann im Rahmen der Erfindung alternativ aber auch durch ein nicht-programmierbares elektronisches Bauteil, wie zum Beispiel einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) oder durch einem FPGA (Field Programmable Gate Array), gebildet sein.
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Bei einem hohen Spannungsstoß kann eine Spannung auftreten, welche größer als die Sperrspannung (Drain-Source-Spannung) des Transistors ist. Um einer Beschädigung des Transistors entgegenzuwirken weist die Reihenschaltung hierbei vorzugsweise eine Suppressordiode (engl.: Transient Voltage Suppressor Diode, TVS-Diode) auf.
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Vorzugsweise wird hierbei eine „kleine“ TVS-Diode verwendet. Je nach Höhe der Stoßspannung bedeutet dies auch eine unterschiedliche Energiemenge die in die Elektronik eingeleitet wird. Wenn diese Energie lediglich parallel zum Zwischenkreiskondensator abgefangen werden muss, ist eine deutlich leistungsstärkere TVS Diode erforderlich. Eine „kleine TVS-Diode“ bedeutet hierbei eine leistungsschwächer pro in Reihe liegender TVS-Diode. Leistungsschwächer bedeutet hierbei insbesondere mechanisch bauraumkompakter und somit kostengünstiger.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Suppressordiode parallel zu den zwei antiparallel geschalteten Transistoren geschaltet, dadurch entsteht eine „Reihenschaltung“ von TVS-Diode und Halbbrückenschaltung. Somit ist die Gesamtschaltung gegen wesentlich höhere Eingangsspannungen sicher.
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, sowie dafür geeignet und eingerichtet. Die elektrische Maschine weist vorzugsweise einen mehrphasigen, insbesondere bürstenlosen, Elektromotor mit einer Anzahl von Phasen auf. Die elektrische Maschine weist weiterhin eine vorstehend beschriebene elektrische Schaltung mit einem Zwischenkreis mit einem Zwischenkreiskondensator auf. An den Zwischenkreis ist beispielsweise Wechselrichterschaltung angeschlossen. Durch die erfindungsgemäße elektrische Schaltung ist eine elektrische Maschine mit einer besonders hohen Eigensicherheit realisiert.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischen und vereinfachten Blockdarstellungen:
- 1 eine elektrische Maschine mit einem Zwischenkreis,
- 2 ausschnittsweise eine elektrische Schaltung der elektrischen Maschine in einer ersten Ausführungsform, und
- 3 ausschnittsweise eine elektrische Schaltung der elektrischen Maschine in einer zweiten Ausführungsform.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt eine elektrische Maschine 2 eines nicht näher Kraftfahrzeugs. Die elektrische Maschine 2 ist hierbei beispielsweise ein elektrischer Kältemittelantrieb, und umfasst einen dreiphasigen bürstenlosen Elektromotor 4, welcher mittels eines Stromrichters (Umrichter, Wechselrichter) 6 an eine Stromquelle (Spannungsversorgung) 8 angeschlossen ist. Die Stromquelle 8 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen fahrzeuginternen Energiespeicher in Form einer (Kraftfahrzeug-)Batterie 10, sowie einen damit verbundenen (Gleichspannungs-)Zwischenkreis 12, welcher sich zumindest teilweise in den Stromrichter 6 erstreckt. Die Stromquelle 8 kann hierbei auch nicht näher gezeigte Spannungswandler oder Transformatoren aufweisen, mittels welchen eine Batteriespannung der Batterie 10 auf eine gewünschte Betriebs- oder Versorgungsspannung für den Stromrichter 6 gewandelt wird.
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Der Zwischenkreis 12 ist im Wesentlichen durch eine Hinleitung, nachfolgend auch als High-Pfad 12a bezeichnet, und eine Rückleitung, nachfolgend auch als Low-Pfad 12b bezeichnet, gebildet, mittels welchen der Stromrichter 6 an die Batterie 10 angeschlossen ist. Die Pfade 12a und 12b sind zumindest teilweise in den Stromrichter 6 geführt, in welchen zwischen diesen ein Zwischenkreiskondensator 14 sowie eine Brückenschaltung 16 verschaltet sind.
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Im Betrieb der Maschine 2 wird ein der Brückenschaltung 16 zugeführter Eingangsstrom in einen dreiphasigen Ausgangsstrom (Motorstrom, Drehstrom) lu, Iv, Iw für die drei Phasen U, V, W des Elektromotors 4 gewandelt. Die nachfolgend auch als Phasenströme bezeichneten Ausgangsströme lu, Iv, Iw werden an die entsprechenden Phasen(-wicklungen) U, V, W eines nicht näher dargestellten Stators geführt.
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Die Brückenschaltung 16 ist in dieser Ausführung mit drei Brückenmodulen 18 als eine B6-Schaltung ausgeführt. Im Betrieb wird an jede der Phasenwicklungen U, V, W in hoher Schaltfrequenz getaktet zwischen einem hohen (Gleich-)Spannungsniveau des High-Pfads 12a und einem niedrigen Spannungsniveau des Low-Pfads 12b umgeschaltet. Das hohe Spannungsniveau ist hierbei insbesondere eine Zwischenkreisspannung des Zwischenkreises 12, wobei das niedrige Spannungsniveau vorzugsweise ein Erd- oder Massepotential ist. Diese getaktete Ansteuerung ist insbesondere als eine PWM-Ansteuerung ausgeführt, mit welcher eine Steuerung und/oder Regelung der Drehzahl, der Leistung sowie der Drehrichtung des Elektromotors 4 möglich ist.
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Die Brückenmodule 18 umfassen jeweils zwei Halbleiterschalter 20 und 22, welche in der 1 lediglich schematisch und beispielhaft für die U-Phase mit Bezugszeichen versehen sind. Das Brückenmodul 18 ist einerseits mit einem Potentialanschluss 24 an den High-Pfad 12a und somit an die Zwischenkreisspannung angeschlossen. Andererseits ist das Brückenmodul 18 mit einem zweiten Potentialanschluss 26 an den Low-Pfad 12b und somit an das Erdpotential kontaktiert.
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Über die Halbleiterschalter 20, 22 ist das jeweilige Phasenende 28 der Phase U, V, W entweder mit der Zwischenkreisspannung oder mit dem Erdpotential verbindbar. Wird der Halbleiterschalter 20 geschlossen (leitend) und der Halbleiterschalter 22 geöffnet (nichtleitend, sperrend), so ist das Phasenende 28 mit dem Potential der Zwischenkreisspannung verbunden. Entsprechend ist bei einem Öffnen des Halbleiterschalters 20 und einem Schließen des Halbleiterschalters 22 die Phase U, V, W mit dem Erdpotential kontaktiert. Dadurch ist es mittels der PWM-Ansteuerung möglich, jede Phasenwicklung U, V, W mit zwei unterschiedlichen Spannungsniveaus zu beaufschlagen.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind die Halbleiterschalter 20 und 22 als MOSFETs (metal-oxide semiconductor field-effect transistor) realisiert, die jeweils mittels der PWM-Ansteuerung zwischen einem durchgeschalteten Zustand auf und einem sperrenden Zustand getaktet umschalten. Hierzu sind die jeweiligen Gateanschlüsse an entsprechende Steuerspannungseingänge geführt, mittels welcher die Signale der PWM-Ansteuerung übertragen werden.
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In der 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße elektrische Schaltung 30 gezeigt. Die elektrische Schaltung 30 weist eine im Low-Pfad 12b verschaltete Reihenschaltung eines Messwiderstands 32 und eines Transistors 34 auf. Der Messwiderstand 32 ist als ein Shunt-Widerstand ausgeführt, mittels welchem ein Zwischenkreisstrom des Zwischenkreises 12 erfassbar ist. Der Transistor 34 ist als ein (Leistungs-)Transistor ausgeführt, und weist eine integrierte Freilaufdiode (Body-Diode) auf.
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Der Transistor 34 ist hierbei als ein Feldeffekt-Transistor (FET), beispielsweise als ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, engl.: metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) ausgeführt. Der Source-Anschluss des Transistors 34 ist an den Messwiderstand 32, und der Drain-Anschluss an die Stromquelle 8 angeschlossen. Der Zwischenkreiskondensator 14 ist sourceseitig zum Transistor 34 mit dem Low-Pfad 12b verschaltet, so dass bei einem Abschalten oder Öffnen des Transistors 32, die gesamte Zwischenkreisspannung nicht an dem Drain-Anschluss des Transistors 32 anliegt.
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Der Transistor 34 beziehungsweise dessen Steuer- oder Gate-Anschluss wird mittels einer Ansteuerschaltung 36 angesteuert. Parallel zu dem Messwiderstand 32 ist hierbei ein Verstärker 38 geschaltet, welcher eine über den Messwiderstand 32 abfallende Spannung als Messsignal 40 erfasst. Das Messsignal 40 wird einem Komparator 42 der Ansteuerschaltung 36 zugeführt, welcher das Messsignal 40 mit einem Referenzwert 44 vergleicht. Der Referenzwert 44 ist hierbei eine Referenzspannung, wobei das Messsignal ein Spannungssignal ist. Der Komparator 42 vergleicht somit vorzugsweise die Spannungsniveaus des Referenzwerts 44 und des Messsignals 40. Der Komparator 42 ist beispielsweise als ein zweifacher Präzisionskomparator mit Push-Pull-Ausgang ausgeführt.
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Der Referenzwert 44 wird beispielsweise mittels eines Spannungsteilers 46 mit zwei Widerständen 48, 50 erzeugt. Der Spannungsteiler 46 ist einerseits an den Low-Pfad 12b und anderseits an eine 5V-Versorgungsspannung 52 angeschlossen. Der Komparator 42 ist hierbei über zwei Spannungsanschlüsse an die 5V-Versorgungsspannung 52 und an den Low-Pfad 12b angeschlossen. Parallel zu den Spannungsanschlüssen ist ein Spannungsteiler 54 mit zwei Widerständen 56, 58 verschaltet. Der Spannungsabgriff des Spannungsteilers 54 ist einerseits an einen Ausgang des Komparators 42 und andererseits an einen Steuer- oder Gateanschluss eines als MOSFET ausgeführten Transistors 60 geführt.
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Der Transistor 60 ist sourceseitig an den Low-Pfad 12b und drainseitig über einen Widerstand 62 an eine 15V-Versorgungsspannung 64 angeschlossen. Zwischen dem Source-Anschluss des Transistors 60 und dem Widerstand 62 ist der Gate-Anschluss des Transistors 34 verschaltet.
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Der Transistor 34 ist hierbei über den Komparator 42 derart angesteuert, dass der Transistor 34 bei einem negativen Vergleichsergebnis, bei welchem der Referenzwert 44 größer als das Messsignal 40 ist, von dem Komparator 42 leitend geschaltet (geschlossen) ist, und dass der Transistor 34 bei einem positiven Vergleichsergebnis, bei welchem der Referenzwert 44 kleiner als das Messsignal 40 ist, von dem Komparator 42 sperrend geschaltet (geöffnet) ist. Mit anderen Worten wird in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses ein Ausgangssignal des Komparators 42 erzeugt, mittels welchem der Transistor 34 über den Transistor 60 geschaltet wird.
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Bei einem Erreichen eines deutlich über dem Normalstrom gemessenen Stromwertes (Messsignal) wird der Transistor 34 abgeschaltet, und dadurch ein Resonanzstrom, also insbesondere der resonante Wechselstrom während eines Belastungstests eines mit der elektrischen Schaltung 30 und elektrischen Maschine 2 versehenen Prüflings, über die Freilaufdiode des Transistors 34 lediglich noch in eine Richtung fließen kann, und in der Gegenrichtung gesperrt wird. Der Transistor 34 schützt somit die Elektronik nicht lediglich für einen Belastungstest sondern insbesondere auch im Betrieb, wenn durch andere Aggregate das Versorgungsnetz (Bordnetz) in Schwingung gerät.
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Im Normalbetrieb der elektrischen Maschine 2 tritt somit lediglich der geringe Reihenwiderstand des Transistors 34 als Verlustleistung auf, wobei in einem Überstrombetrieb die Verlustleistung auf den Durchlassverlust einer in Reihe liegenden Diode ansteigt. Hierzu wird der Zwischenkreisstrom über den Messwiderstand 32 in dem Komparator 42 mit dem vorgegebenen Referenzwert 44 verglichen. Beim Überschreiten des Referenzwertes 44 schaltet der Komparator 42 für eine bestimmte Zeit den Transistor 34 ab, so dass der rückwärts fliesende Strom durch den abgeschalteten Transistor 34 gesperrt wird.
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In der 3 ist eine alternative Ausführungsform der elektrischen Schaltung 30' gezeigt. Hierbei weist die Reihenschaltung zusätzlich zum Messwiderstand 32 zwei antiparallel geschaltete Transistoren 34a, 34b auf, so dass sowohl eine obere als auch eine untere Halbwelle eines Resonanzstroms unterdrückbar ist. Der Komparator 42 ist hierbei in einen als Ansteuerschaltung 36 wirkenden Controller 66, beispielsweise einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor, integriert. Die Transistoren 34a, 34b sind hierbei derart ausgeführt, dass sie die gesamte Zwischenkreisspannung tragen können, so dass durch den zusätzlichen Transistor 34b zusätzlich zum Schutz gegen überlagerte Wechselspannung auch ein Kurzschlussschutz der dahinter liegenden Komponenten der elektrischen Maschine 2 realisiert ist.
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Der Transistor 34a bildet die aktive Diode als Funktion ab, wobei der Transistor 34b Teil der Eigensicherheit der Schaltung 30, 30' ist, mit dem Ansatz, dass bei einem z.B. Brückenkurzschluss dieser Transistor 34b öffnet, und die gesamte Elektronik von der Versorgung trennt.
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Funktional schalten beide Transistoren 34a, 34b bei unterschiedlichen Strömen wobei der Stromwert für den Transistor 34b höher liegt als für den Transistor 34a. Da bei einer überlagerten Wechselspannung der Betrieb weiter laufen soll ist lediglich das Schwingen (Aufschwingen) des Stromes der durch den Zwischenkreiskondensator 14 fließt zu unterbinden.
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Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- elektrische Maschine
- 4
- Elektromotor
- 6
- Stromrichter
- 8
- Stromquelle
- 10
- Batterie
- 12
- Zwischenkreis
- 12a
- High-Pfad
- 12b
- Low-Pfad
- 14
- Zwischenkreiskondensator
- 16
- Brückenschaltung
- 18
- Brückenmodul
- 20, 22
- Halbleiterschalter
- 24, 26
- Potentialanschluss
- 28
- Phasenende
- 30, 30'
- elektrische Schaltung
- 32
- Messwiderstand
- 34, 34a, 34b
- Transistor
- 36
- Ansteuerschaltung
- 38
- Verstärker
- 40
- Messsignal
- 42
- Komparator
- 44
- Referenzwert
- 46
- Spannungsteiler
- 48, 50
- Widerstand
- 52
- Versorgungsspannung
- 54
- Spannungsteiler
- 56, 58
- Widerstand
- 60
- Transistor
- 62
- Widerstand
- 64
- Versorgungsspannung
- 66
- Controller
- IU, IV, IW
- Ausgangsstrom
