DE112017000287T5

DE112017000287T5 - Invertervorrichtung

Info

Publication number: DE112017000287T5
Application number: DE112017000287.7T
Authority: DE
Inventors: Shinsuke Tsubamoto; Isamu Kato
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2018-09-20
Also published as: JP2017175771A; CN109104886B; US10622933B2; JP6740657B2; WO2017163820A1; CN109104886A; US20190058388A1

Abstract

Um eine Beschädigung an Schaltelementen zu reduzieren, wenn die Schaltelemente einhergehend mit Erzeugung eines Überstroms ausgeschaltet werden, umfasst diese Invertervorrichtung, die mit einer Inverterschaltung ausgestattet ist, die Energie zwischen DC-Energie und mehrphasiger AC-Energie konvertiert: eine Ansteuerschaltung 20, die Ansteuersignale an jedes einer Vielzahl von Schaltelementen 3, die die Inverterschaltung bilden, überträgt; und eine Stromerfassungsschaltung 26, die den Strom, der durch jedes der Schaltelemente 3 fließt, erfasst. Die Ansteuerschaltung 20 ist mit einer Sanftausschaltschaltung 23 ausgestattet, die die Ansteuersignale über einen Verzögerungswiderstand Rs überträgt und das Schaltelement 3 ausschaltet, wenn der durch die Stromerfassungsschaltung 26 erfasste Strom größer oder gleich einem vorab festgelegten Überstromschwellenwert ist. Die Sanftausschaltschaltung 23 ist mit einem Kondensator Cs ausgestattet, der parallel mit dem Verzögerungswiderstand Rs verbunden ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Invertervorrichtung, die eine Inverterschaltung umfasst, die eine Leistung beziehungsweise Energie zwischen Gleichstrom- beziehungsweise DC-Energie und mehrphasiger Wechselstrom- beziehungsweise AC-Energie umwandelt beziehungsweise konvertiert.
STAND DER TECHNIK
Schaltelemente, die eine Inverterschaltung bilden, die Energie zwischen DC-Energie und AC-Energie umwandeln, werden oftmals mit einem Antriebs- beziehungsweise Ansteuersignal von einer Steuerungsvorrichtung über eine Antriebsbeziehungsweise Ansteuerschaltung versorgt. Die Schaltelemente werden gesteuert, um ein Einschalten, bei dem die Schaltelemente von einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand gebracht werden, und ein Ausschalten, bei dem die Schaltelemente von dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand gebracht werden, auf der Grundlage des Ansteuersignals durchzuführen. In dem Fall, in dem ein Strom, der eine Referenz überschritten hat, durch die Schaltelemente in dem Ein-Zustand fließt (in dem Fall eines Überstromzustands), werden die Schaltelemente durch die Steuerungsvorrichtung oder die Ansteuerschaltung in den Aus-Zustand gesteuert. Beispielsweise beschreibt die nachstehend identifizierte Patentschrift 1 ein Merkmal, wobei eine Gate-Spannung von IGBTs (isolierte Gate-Bipolar-Transistoren) in dem Fall ausgeschaltet wird (0 V), wenn ein Überstrom aufgrund eines Kurzschlusses oder dergleichen fließt (siehe Absätze [0027], [0030], [0032], etc.).
Wenn die Schaltelemente abrupt ausgeschaltet werden, wenn durch diese ein großer Strom fließt, kann jedoch eine signifikant hohe Stoßspannung erzeugt werden, um die Schaltelemente signifikant zu beschädigen. Daher wird vereinzelt ein sanftes Ausschalten (Weichschalten) durchgeführt, bei dem die Übergangszeit des Ausschaltens verlängert wird, indem Schwankungen im Ansteuersignal langsam gemacht werden. Bei dem sanften Ausschalten wird jedoch ein durch die Schaltelemente fließender Strom mit reduzierter Geschwindigkeit verringert, weil die Übergangszeit verlängert wird. Daher neigen die Schaltelemente dazu, große Mengen von Energie zu verbrauchen (Verlust, Wärme), als im Vergleich zu dem normalen Ausschalten.
[Dokumente des Standes der Technik]
[Patentschriften]
[Patentschrift 1]: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2012-151592 ( JP 2012 151592 A )
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
[Durch die Erfindung zu Lösendes Problem]
In Anbetracht des vorstehenden Hintergrunds ist es wünschenswert, eine Technologie zum Reduzieren eines Verlustes, der durch Schaltelemente verursacht wird, wenn die Schaltelemente einhergehend mit Erzeugung eines Überstroms ausgeschaltet werden, bereitzustellen.
[Mittel zum Lösen des Problems]
In Anbetracht des Vorstehenden stellt ein Aspekt eine Invertervorrichtung bereit, die eine Inverterschaltung umfasst, die Energie zwischen DC-Energie und mehrphasiger AC-Energie wandelt, mit:

einer Ansteuerschaltung, die ein Ansteuersignal zu jedem einer Vielzahl von Schaltelementen, die die Inverterschaltung bilden, überträgt, um das Schaltelement zu bewirken, um ein Einschalten durchzuführen, bei dem das Schaltelement bewirkt wird, von einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand überzugehen, und ein Ausschalten durchzuführen, bei dem das Schaltelement bewirkt wird, von dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand überzugehen; und
einer Stromerfassungsschaltung, die einen Strom erfasst, der durch jedes der Schaltelemente fließt, wobei:
die Ansteuerschaltung eine Sanftausschaltschaltung umfasst, die das Schaltelement bewirkt, um das Ausschalten durch Übertragen des Ansteuersignals über einen Verzögerungswiderstand in dem Fall durchzuführen, in dem der durch die Stromerfassungsschaltung erfasste Strom größer oder gleich einem zuvor festgelegten Überstromschwellenwert ist; und
die Sanftausschaltschaltung einen parallel mit dem Verzögerungswiderstand verbundenen Kondensator umfasst.

Gemäß dieser Konfiguration, bei der die Sanftausschaltschaltung bereitgestellt ist, kann der Großteil einer in den Schaltelementen erzeugten Stoßspannung, wenn die Schaltelemente einhergehend mit einer Erzeugung eines Überstroms ausgeschaltet werden, unterdrückt werden. Mit der mit der Kapazität ausgestatteten Sanftausschaltschaltung, kann zusätzlich eine in der Streukapazität der Schaltelemente akkumulierte Ladung durch den Kondensator während des Ausschaltens entladen werden. Das heißt, dass das Ansteuersignal für die Schaltelemente bewirkt werden kann, unmittelbar durch die Aktion des Kondensators im Ausgangsstadium des Übergangs einen Übergang durchzuführen, während ermöglicht wird, dass das Ansteuersignal aufgrund des Verzögerungswiderstands der Sanftausschaltschaltung langsam einen Übergang durchführt. Im Ausgangsstadium des Übergangs fließt ein großer Strom durch die Schaltelemente. Daher kann die Energie (Verlust, Wärme) aufgrund des Stroms, der durch die Schaltelemente fließt, durch Bewirken, dass das Ansteuersignal unmittelbar einen Übergang durchführt, reduziert werden. Gemäß der gegenwärtigen Konfiguration kann auf diese Weise ein durch die Schaltelemente verursachter Verlust, wenn die Schaltelemente einhergehend mit der Erzeugung eines Überstroms ausgeschaltet werden, reduziert werden.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Invertervorrichtung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Blockschaltbild, das schematisch die Konfiguration einer Invertervorrichtung veranschaulicht.
[2] 2 ist ein Blockschaltbild, das schematisch ein Beispiel einer Ansteuerschaltung veranschaulicht.
[3] 3 umfasst Wellenformdiagramme, die schematisch Beispiele der Gate-Spannung und des Elementstroms während des Ausschaltens veranschaulichen.
[4] 4 ist ein Schaltbild, das schematisch ein weiteres Beispiel einer Sanftausschaltschaltung veranschaulicht.
[5] 5 umfasst Wellenformdiagramme, die schematisch ein Beispiel der Gate-Spannung und des Elementstroms während des Ausschaltens veranschaulichen.
[6] 6 umfasst Wellenformdiagramme, die schematisch ein Vergleichsbeispiel der Gate-Spannung und des Elementstroms während des Ausschaltens veranschaulichen.

METHODEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachstehend wird eine Invertervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Wie in 1 veranschaulicht, umfasst die Invertervorrichtung 1 eine Inverterschaltung 10, die Energie zwischen DC-Energie und mehrphasiger AC-Energie konvertiert beziehungsweise wandelt. Im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist die Inverterschaltung 10 mit einer drehenden AC-Elektromaschine 80 und einer Hochspannungsbatterie 11 (DC-Energiequelle) verbunden, um Energie zwischen mehrphasiger AC-Energie und DC-Energie zu konvertieren. Die Inverterschaltung 10 ist mit der Hochspannungsbatterie 11 über eine Schaltvorrichtung 9 verbunden, und ist mit der drehenden AC-Elektromaschine 80 verbunden, um Energie zwischen DC-Energie und mehrphasiger AC-Energie (hier eine dreiphasige AC-Energie) zu konvertieren. Die Inverterschaltung 10 umfasst eine Vielzahl von (hier, drei) Zweigen 30, wobei jeder davon einer Phase der AC-Energie entspricht und aus einer Reihenschaltung besteht, die ein oberes Schaltelement 31 und ein unteres Schaltelement 32 umfasst.
Die drehende Elektromaschine 80 kann als eine Antriebskraftquelle für ein Fahrzeug, wie etwa beispielsweise ein Hybridfahrzeug und ein Elektrofahrzeug, verwendet werden. Zusätzlich kann die drehende Elektromaschine 80 sowohl als ein Elektromotor als auch als ein Elektrogenerator fungieren. Die drehende Elektromaschine 80 wandelt beziehungsweise konvertiert von der Hochspannungsbatterie 11 über die Inverterschaltung 10 zugeführte elektrische Energie in Energie zum Antreiben von Rädern des Fahrzeugs (Kraftbetrieb). Alternativ wandelt beziehungsweise konvertiert die drehende Elektromaschine 80 eine rotierende Antriebskraft, die von einer (nicht veranschaulichten) Brennkraftmaschine oder den Rädern übertragen wird, in elektrische Energie zum Laden der Hochspannungsbatterie 11 über die Inverterschaltung 10 (Regeneration). Die Hochspannungsbatterie 11 besteht aus einer Sekundärbatterie (Akkumulator), wie etwa einer Nickel-Wasserstoff-Batterie oder einer Lithiumionenbatterie, einem elektrischen Doppelschichtkondensator, oder dergleichen. In dem Fall, in dem die drehende Elektromaschine 80 eine Antriebskraftquelle für das Fahrzeug ist, ist die Hochspannungsbatterie 11 eine Hochspannungs-Hochkapazitäts-DC-Energiequelle, und weist eine Nennleistungsspannung von beispielsweise 200 bis 400 [V] auf.
Nachstehend wird die Spannung zwischen einer positiven Energiequellenleitung P und einer negativen Energiequellenleitung N auf der DC-Seite der Inverterschaltung 10 als DC-Verbindungsspannung Vdc bezeichnet. Ein Glättungskondensator (DC-Verbindungskondensator 4), der die DC-Verbindungsspannung Vdc glättet, ist an der DC-Seite der Inverterschaltung 10 bereitgestellt. Der DC-Verbindungskondensator 4 stabilisiert eine DC-Spannung (DC-Verbindungsspannung Vdc), die gemäß Schwankungen des Energieverbrauchs der drehenden Elektromaschine 80 schwankt.
Wie in 1 veranschaulicht, ist die Schaltvorrichtung 9 zwischen der Hochspannungsbatterie 11 und der Inverterschaltung 10 bereitgestellt. Insbesondere ist die Schaltvorrichtung 9 zwischen dem DC-Verbindungskondensator 4 und der Hochspannungsbatterie 11 angebracht. Die Schaltvorrichtung 9 kann die elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Schaltungssystem (dem DC-Verbindungskondensator 4 und der Inverterschaltung 10) der Invertervorrichtung 1 und der Hochspannungsbatterie 11 unterbrechen. Das heißt, dass die Inverterschaltung 10 mit der drehenden Elektromaschine 80 verbunden ist, und über die Schaltvorrichtung 9 mit der Hochspannungsbatterie 11 verbunden ist. Wenn sich die Schaltvorrichtung 9 in einem verbundenen Zustand (geschlossenen Zustand) befindet, sind die Hochspannungsbatterie 11 und die Inverterschaltung 10 (und die drehende Elektromaschine 80) miteinander elektrisch verbunden. Wenn sich die Schaltvorrichtung 9 in einem abgetrennten Zustand (offenen Zustand) befindet, ist die elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungsbatterie 11 und der Inverterschaltung 10 (und der drehenden Elektromaschine 80) unterbrochen.
Im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist die Schaltvorrichtung 9 ein mechanisches Relais, das ein Öffnen und Schließen auf der Grundlage einer Anweisung von einer Fahrzeug-ECU (elektronischen Steuerungseinheit) 100 (VHL-ECU), die eine von Steuerungsvorrichtungen der höheren Ebene in dem Fahrzeug ist, durchführt, und wird beispielsweise als ein Systemhauptrelais (SMR) bezeichnet. Die Schaltvorrichtung 9 wird in einen leitenden Zustand (verbundenen Zustand) mittels Kontakten des geschlossenen Relais gebracht, wenn sich ein Zündungsknopf (IG-Schalter) des Fahrzeugs in einem Ein-Zustand (effektiven Zustand) befindet, und wird in einen nicht leitenden Zustand (abgetrennten Zustand), bei dem die Kontakte des Relais offen sind, gebracht, wenn sich der IG- Schalter in einem Aus-Zustand (ineffektiven Zustand) befindet.
Wie vorstehend erörtert, konvertiert die Inverterschaltung 10 DC-Energie mit der DC-Verbindungsspannung Vdc in AC-Energie mit mehreren Phasen (n-Phasen, wobei n eine natürliche Zahl ist; hier, drei Phasen), um die AC-Energie der drehenden Elektromaschine 80 zuzuführen, und konvertiert durch die drehende Elektromaschine 80 erzeugte AC-Energie in DC-Energie, um die DC-Energie der DC-Energiequelle zuzuführen. Die Inverterschaltung 10 ist konfiguriert, um eine Vielzahl von Schaltelementen 3 aufzuweisen. Die Schaltelemente 3 sind vorzugsweise Leistungshalbleiterelemente, die mit hoher Frequenz arbeiten können, wie etwa IGBTs (isolierte Gate-Bipolar-Transistoren), Leistungs-MOSFETs (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren), SiC-MOSFETSs (Siliciumcarbid-Metalloxid-Halbleiter-FETs), SiC-SITs (SiC - statische Induktionstransistoren), und GaN-MOSFETs (Galliumnitrid-MOSFETs). Im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel, wie in 1 veranschaulicht ist, werden IGBTs als die Schaltelemente 3 verwendet. Wie in 2 veranschaulicht ist, umfassen die Schaltelemente 3 jeweils einen Kollektoranschluss C, einen Emitteranschluss E, und einen Gate-Anschluss G (Schaltungsanschluss).
Die Inverterschaltung 10, die Energie zwischen DC-Energie und mehrphasiger AC-Energie konvertiert, besteht beispielsweise aus einer Brückenschaltung, die eine Anzahl von Zweigen 30 aufweist, wobei die Anzahl der Anzahl der mehreren Phasen entspricht, was wohlbekannt ist. Das heißt, wie in 1 veranschaulicht ist, dass zwei Schaltelemente 3 in Reihe zwischen der DC-Positivseite (positiven Energiequellenleitung P) und der DC-Negativseite (negativen Energiequellenleitung N) der Inverterschaltung 10 verbunden sind, um einen Zweig 30 zu bilden. In dem Fall der dreiphasigen AC-Energie sind drei solcher Reihenschaltungen (jede entsprechend einem Zweig 30) parallel verbunden (um drei Phasen zu bilden). Das heißt, dass eine Brückenschaltung, in der ein Satz von Reihenschaltungen (Zweigen 30) jeder von Statorspulen 8 der drehenden Elektromaschine 80 entspricht, entsprechend der U-Phase, V-Phase und W-Phase, gebildet wird.
Der Mittelpunkt jedes Zweigs 30, das heißt, der Verbindungspunkt zwischen dem Schaltelement 3 an der Seite der positiven Energiequellenleitung P (oberen Schaltelement 31) und dem Schaltelement 3 an der Seite der negativen Energiequellenleitung N (unteren Schaltelement 32), ist mit jeder der Statorspulen 8 der drehenden Elektromaschine 80 für drei Phasen verbunden. Eine Freilaufdiode 5 ist parallel mit jedem der Schaltelemente 3 in der Richtung von dem negativen Pol „N“ in Richtung des positiven Pols „P“ (der Richtung von der unteren Seite in Richtung der oberen Seite), die als Vorwärtsrichtung definiert ist, bereitgestellt.
Wie in 1 veranschaulicht, wird die Inverterschaltung 10 durch eine Invertersteuerungsvorrichtung 50 (CTRL) gesteuert. Die Invertersteuerungsvorrichtung 50 besteht aus einer Logikschaltung, wie etwa einem Mikrocomputer als Hauptbestandteil. Beispielsweise steuert die Invertersteuerungsvorrichtung 50 die drehende Elektromaschine 80 über die Inverterschaltung 10 durch Durchführen einer Stromregelung unter Verwendung eines Vektorsteuerungsverfahrens auf der Grundlage eines Sollmoments für die drehende Elektromaschine 80, das als ein Anforderungssignal von einer anderen Steuerungsvorrichtung oder dergleichen, wie etwa der Fahrzeug-ECU 100, bereitgestellt wird. Gegenwärtige Ströme, die durch die Statorspulen 8 der drehenden Elektromaschine 80 für die jeweiligen Phasen fließen, werden durch einen Stromsensor 12 erfasst, und die Invertersteuerungsvorrichtung 50 bezieht das Erfassungsergebnis. Zusätzlich wird die Magnetpolposition des Rotors der drehenden Elektromaschine 80 zu jedem Zeitpunkt durch einen Rotationssensor 30, wie etwa beispielsweise einem Resolver, erfasst, und die Invertersteuerungsvorrichtung 50 bezieht das Erfassungsergebnis. Die Invertersteuerungsvorrichtung 50 führt eine Stromregelung unter Verwendung des Erfassungsergebnisses des Stromsensors 12 und des Rotationssensors 13 aus. Die Invertersteuerungsvorrichtung 50 ist konfiguriert, eine Vielfalt von funktionalen Sektionen für die Stromregelung aufzuweisen, die jeweils durch Kooperation zwischen Hardware, wie etwa einem Mikrocomputer, und Software (Programm) implementiert sind. Die Stromregelung ist bekannt, und daher wird diese hier nicht detailliert beschrieben.
Steuerungsanschlüsse der Schaltelemente 3 (z.B. die Gate-Anschlüsse G der IGBTs), die die Inverterschaltung 10 bilden, sind mit der Invertersteuerungsvorrichtung 50 über eine Ansteuerschaltung 20 (DRV) verbunden, um individuell einer Schaltsteuerung unterworfen zu werden. Die Fahrzeug-ECU 100 und die Invertersteuerungsvorrichtung 50, die ein Schaltsteuerungssignal erzeugen, bestehen aus einem Mikrocomputer oder dergleichen als ein Hauptbestandteil, und weisen eine Betriebsspannung (eine Energiequellenspannung für die Schaltung) auf, die sich signifikant von jener einer Hochspannungssystemschaltung unterscheidet, die die drehende Elektromaschine 80 antreibt. Viele Fahrzeuge umfassen nicht nur die Hochspannungsbatterie 11, sondern ebenso eine (nicht veranschaulichte) Niederspannungsbatterie, die als eine Energiequelle mit einer niedrigen Spannung (z.B. 12 bis 24 [V]) im Vergleich zur Hochspannungsbatterie 11 dient. Die Betriebsspannung der Fahrzeug-ECU 100 und der Invertersteuerungsvorrichtung 50 ist beispielsweise 5 [V] oder 3,3 [V], und die Fahrzeug-ECU 100 sowie die Invertersteuerungsvorrichtung 50 werden mit Energie von der Niederspannungsbatterie versorgt, um zu arbeiten.
Daher ist die Invertervorrichtung 1 mit der Ansteuerschaltung 20 ausgestattet, die ein Schaltsteuerungssignal (ein Gate-Ansteuersignal) (Ansteuersignal) im Fall der IGBTs) für jedes der Schaltelemente 3 weiterleitet, wobei die Ansteuerfähigkeit (z.B. die Fähigkeit zum Bewirken, dass die Nachfolgeschaltung arbeitet, wie etwa die Spannungsamplitude und der Ausgangsstrom) des Gate-Ansteuersignals (Ansteuersignals) verstärkt ist. Ein Ansteuersignal, das durch die Invertersteuerungsvorrichtung 50 erzeugt wird, die eine Niederspannungssystemschaltung ist, wird der Inverterschaltung 10 als ein Ansteuersignal für die Hochspannungssystemschaltung über die Ansteuerschaltung 20 zugeführt. Die Niederspannungssystemschaltung und die Hochspannungssystemschaltung sind oftmals voneinander isoliert. In diesem Fall wird die Ansteuerschaltung 20 unter Verwendung eines Isolierelements, wie etwa einem Optokoppler oder einem Transformator und einem Ansteuer-IC als Beispiel gebildet.
2 veranschaulicht ein Beispiel der Ansteuerschaltung 20. 2 veranschaulicht ein Beispiel der Konfiguration der Ansteuerschaltung 20 für ein Schaltelement 3. Die Ansteuerschaltung 20 besteht aus einer Treiber-IC 21 als ein Hauptbestandteil. Die Treiber-IC 21 umfasst drei Ausgangsanschlüsse (OUTH, OUTL und SOFT), die auf eine verdrahtete ODER-Weise mit dem Gate-Anschluss G des Schaltelements 3 verbunden sind. Wenn ein Signal von einem der drei Ausgangsanschlüsse ausgegeben wird, befinden sich die anderen beiden Ausgangsanschlüsse in einem Hochimpedanz-(HiZ)-Zustand.
Der OUTH-Anschluss ist ein Anschluss, der ein Ansteuersignal in einem „High“-Zustand ausgibt. Dieses Ansteuersignal schaltet das Schaltelement 3, das sich im Aus-Zustand befindet, in den Ein-Zustand ein, und setzt den „High“-Zustand fort, um das Schaltelement 3 im Ein-Zustand beizubehalten. Der OUTL-Anschluss ist ein Anschluss, der ein Ansteuersignal in einem „Low“-Zustand ausgibt. Dieses Ansteuersignal schaltet das Schaltelement 3, das sich im Ein-Zustand befindet, in den Aus-Zustand aus, und setzt den „Low“-Zustand fort, um das Schaltelement 3 im Aus-Zustand beizubehalten. Der OUTH-Anschluss ist mit dem Gate-Anschluss G des Schaltelements über einen ersten Dämpfungswiderstand R1 verbunden. Der OUTL-Anschluss ist mit dem Gate-Anschluss G des Schaltelements 3 über einen zweiten Dämpfungswiderstand R2 verbunden.
Der SOFT-Anschluss ist ein Anschluss, der ein Ansteuersignal in einem „Low“-Zustand ausgibt, wie der OUTL-Anschluss. Es sei jedoch angemerkt, dass der SOFT-Anschluss mit dem Gate-Anschluss G des Schaltelements 3 über einen Verzögerungswiderstand Rs (Sanftausschaltwiderstand) mit einem Widerstandswert, der höher ist als jene des ersten Dämpfungswiderstands R1 und des zweiten Dämpfungswiderstands R2, verbunden ist. Daher wird die Übergangszeit einer Gate-Spannung Vge (Gate-Emitter-Spannung) in dem Fall verlängert, in dem ein Ansteuersignal von dem SOFT-Anschluss ausgegeben wird, als im Vergleich zu einem Fall, in dem ein Ansteuersignal von dem OUTL-Anschluss ausgegeben wird. Als eine Folge wird die Übergangszeit eines Ausschaltens des Schaltelements 3 ebenso verlängert, was ein sogenanntes sanftes Ausschalten (Sanftschalten) bereitstellt. Ein Kondensator Cs ist parallel mit dem Verzögerungswiderstand Rs verbunden. Der Kondensator Cs wird später erläutert.
Das Schaltelement 3 weist ebenso einen Abtastanschluss S auf, der einen Strom (Elementstrom; Kollektor-Emitter-Strom Ice), der durch das Schaltelement 3 fließt, erfasst. Ein Strom mit einem Wert von mehreren Hunderten bis Tausenden als jener des Kollektor-Emitter-Stroms Ice und proportional mit diesem fließt durch den Abtastanschluss S. Ein Ballast- beziehungsweise Shunt-Widerstand Rc ist in Reihe mit dem Abtastanschluss S verbunden. Der Kollektor-Emitter-Strom Ice wird durch Erfassen einer Anschlussspannung des Shunt-Widerstands Rc erfasst.
Die Ansteuerschaltung 20 umfasst eine Überstrombestimmungsschaltung 25, die die Anschlussspannung des Shunt-Widerstands Rc und eine Referenzspannung ref vergleicht, und die bestimmt, dass ein Überstrom fließt, in dem Fall, in dem die Anschlussspannung größer oder gleich der Referenzspannung ref ist. Im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel gibt die Überstrombestimmungsschaltung 25 ein Signal im „High“-Zustand in dem Fall aus, in dem bestimmt wird, dass ein Überstrom fließt, und gibt ein Signal im „Low“-Zustand in dem Fall aus, in dem bestimmt wird, dass kein Überstrom fließt. Das Erfassungsergebnis der Überstrombestimmungsschaltung 25 wird in einen OC-Anschluss der Treiber-IC 21 eingegeben. Die Treiber-IC 21 gibt ein Ansteuersignal im „Low“-Zustand in dem Fall aus, in dem die Überstrombestimmungsschaltung 25 bestimmt, dass ein Überstrom durch das Schaltelement 3 fließt. Der Shunt-Widerstand Rc und die Überstrombestimmungsschaltung 25 können als eine Überstromerfassungsschaltung 26 betrachtet werden, die erfasst, ob ein Überstrom durch das Schaltelement 3 fließt oder nicht. Zusätzlich entspricht die Referenzspannung ref, die durch die Überstrombestimmungsschaltung 25 verwendet wird, einem Überstromschwellenwert.
Wenn das Schaltelement 3 abrupt in dem Fall ausgeschaltet wird, in dem der Elementstrom (Kollektor-Emitter-Strom Ice) des Schaltelements 3 groß ist, kann eine hohe Stoßspannung in einer Kollektor-Emitter-Spannung Vce des Schaltelements 3 erzeugt werden. Eine solche Stoßspannung kann das Schaltelement 3 beschädigen und die Lebensdauer des Schaltelements 3 reduzieren. Die Stoßspannung kann unterbunden werden, indem der Übergang während des Ausschaltens langsam gemacht wird. Daher, in dem Fall, in dem ein Überstrom erzeugt wird, wird ein sanftes Ausschalten (Sanftschalten) durch Ausgeben eines Ansteuersignals von dem SOFT-Anschluss ausgeführt, der ein Ansteuersignal mit einer langen Übergangszeit ausgibt, als im Vergleich mit einem Fall, in dem ein Ansteuersignal von dem OUTL-Anschluss ausgegeben wird.
Bei dem sanften Ausschalten wird jedoch der Kollektor-Emitter-Strom Ice langsam verringert, und die Energie (Verlust, Wärme) aufgrund des Stroms (Ice) wird erhöht. Daher umfasst die Ansteuerschaltung 20 eine Sanftausschaltschaltung 23, die den Verzögerungswiderstand Rs, der ein sanftes Ausschalten erlangt, und den Kondensator Cs, der parallel mit dem Verzögerungswiderstand Rs verbunden ist, um den Verlust während des Ausschalten zu reduzieren, aufweist. Die Funktion des Kondensators Cs wird nachstehend beschrieben.
Der Gate-Anschluss G des Schaltelements 3 weist eine Streukapazität auf. Daher ist während des Einschaltens eine Ladung zum Laden der Streukapazität erforderlich, und die Übergangszeit wird durch ein solches Laden verlängert. Während des Ausschaltens ist es indessen erforderlich, die Ladung in der Streukapazität zu entladen, und die Übergangszeit wird durch solches Entladen verlängert. Der Kondensator Cs, der parallel mit dem Verzögerungswiderstand Rs verbunden ist, entlädt die Ladung des Gate-Anschlusses G während des Ausschaltens. Das heißt, dass die Sanftausschaltschaltung 23 das sanfte Ausschalten durch Verlängern der Übergangszeit der Gate-Spannung Vge unter Verwendung des Verzögerungswiderstands Rs erlangt, und die Übergangszeit der Gate-Spannung Vge durch Entladen der Ladung (Qg) der Gate-Spannung G unter Verwendung des Kondensators Cs verkürzt.
Die Wellenformdiagramme von 3 veranschaulichen schematisch ein Beispiel der Gate-Spannung Vge und des Elementstroms (Ice) während des Ausschaltens. Das obere Diagramm gibt die Gate-Spannung Vge (Gate-Emitter-Spannung) an. Das untere Diagramm gibt den Elementstrom (Kollektor-Emitter-Strom Ice) des Schaltelements 3 an. Wenn der Elementstrom (Ice) erhöht wird, um einen Überstromschwellenwert TH (ersten Überstromschwellenwert TH1) zu übersteigen, beginnt die Gate-Spannung Vge nach dem Verstreichen der Erfassungszeit durch die Überstromerfassungsschaltung 26 und einer Antwortzeit Tres, die erforderlich ist, um ein Ansteuersignal von dem SOFT-Anschluss auszugeben, sich zu verringern. In dem Fall, in dem die Sanftausschaltschaltung 23 den Kondensator Cs nicht umfasst, wird die Gate-Spannung Vge verringert, und der Elementstrom (Ice) wird ebenso verringert, auf eine nachfolgende Weise, die durch die virtuellen Linien in 3 angegeben ist. In dem Fall, in dem die Sanftausschaltschaltung 23 den Kondensator Cs umfasst, wird die Gate-Spannung Vge verringert und der Elementstrom (Ice) wird ebenso verringert, auf eine nachfolgende Weise, die durch die durchgezogenen Linien in 3 angegeben ist. Ein Bereich „E1“, der durch die virtuelle Linie und die durchgezogene Linie umgeben ist, gibt die reduzierte Energie (Verlust, Wärme) an, wenn die Sanftausschaltschaltung 23 den Kondensator Cs umfasst.
In dem Fall, in dem das Schaltelement 3 ein IGBT ist, wird die Gate-Spannung Vge schrittweise variiert, wie in 3 angegeben ist, aufgrund der Elementstruktur. Der Kondensator Cs verkürzt zumindest die Zeit bevor die Gate-Spannung Vge einen mittleren Wert der Stufenform erreicht. Auch wenn der Kondensator Cs bereitgestellt ist, wird der Elementstrom (Ice) nicht in einem Zug auf Null reduziert, und daher wird eine zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Schaltelements 3 erzeugte Stoßspannung unterdrückt.
Wie vorstehend mit Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben, umfasst die Invertervorrichtung 1, die die Inverterschaltung 10 umfasst, die Energie zwischen DC-Energie und mehrphasiger AC-Energie konvertiert: die Ansteuerschaltung 20, die ein Ansteuersignal zu jedem der Vielzahl von Schaltelementen 3, die die Inverterschaltung 10 bilden, überträgt; und die Stromerfassungsschaltung (Shunt-Widerstand Rc), der einen Strom erfasst, der durch jedes der Schaltelemente 3 fließt. Die Ansteuerschaltung 20 bewirkt das Schaltelement 3, um ein Einschalten durchzuführen, bei dem das Schaltelement 3 bewirkt wird, von dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand überzugehen, und ein Ausschalten durchzuführen, bei dem das Schaltelement 3 bewirkt wird, von dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand überzugehen, durch Übertragen eines Ansteuersignals. Zusätzlich umfasst die Ansteuerschaltung 20 die Sanftausschaltschaltung 23, die das Schaltelement 3 bewirkt, um das Ausschalten durch Übertragen des Ansteuersignals über den Verzögerungswiderstand Rs in dem Fall durchzuführen, in dem der Strom, der durch die Stromerfassungsschaltung (Shunt-Widerstand Rc) erfasst wird, größer oder gleich einem Überstromschwellenwert (z.B. TH1), der vorab bestimmt wird, ist. Die Sanftausschaltschaltung 23 umfasst ferner den Kondensator Cs, der parallel mit dem Verzögerungswiderstand Rs verbunden ist.
Wie vorstehend erörtert, ist der Kondensator Cs bereitgestellt, um die Gate-Ladung zu entladen. Daher weist der Kondensator Cs vorzugsweise einen Kapazitätswert auf, der mit der Gate-Ladung übereinstimmt. Wie vorstehend mit Bezugnahme auf 3 erörtert wurde, kann der Elementstrom (Ice) unmittelbar durch Verkürzen der Übergangszeit der Gate-Spannung Vge, die schrittweise variiert wird, für den ersten Schritt (erste Hälfte) unmittelbar reduziert werden, während von dem sanften Ausschalten Gebrauch gemacht wird. Die Gate-Spannung Vge wird im Allgemeinen in zwei Schritten variiert, jeweils um ungefähr das halbe Ausmaß der Variation pro Schritt. Daher weist der Kondensator Cs vorzugsweise einen Kapazitätswert auf, der ermöglicht, dass ungefähr die Hälfte der Ladungsmenge (Qg) in dem Gate-Anschluss G maximal zu entladen ist.
Wenn insbesondere die Ladungsmenge des Gate-Anschlusses G (Steuerungsanschlusses) während des Einschaltens des Schaltelements 3 als „Qg“ definiert ist, ist die Steuerungsanschlussspannung, die an den Gate-Anschluss G während des Einschaltens des Schaltelements 3 anzulegen ist, als „Vge“ definiert, und der Kapazitätswert des Kondensators Cs als „Cs“ definiert ist, ist der Kapazitätswert des Kondensators Cs vorzugsweise eingestellt, um die Beziehung „Cs ≤ (Qg/2)/Vge“ zu erfüllen. Mit anderen Worten ist der Kapazitätswert des Kondensators Cs vorzugsweise eingestellt, um kleiner oder gleich der Hälfte des parasitären Kapazitätswerts des Gate-Anschlusses G zu sein, der auf der Ladungsmenge Qg des Gate-Anschlusses G während des Einschaltens des Schaltelements 3 und der Steuerungsanschlussspannung (Gate-Spannung Vge), die während des Einschaltens des Schaltelements 3 an den Gate-Anschluss G anzulegen ist, basiert.
Um einen Einschaltstrom zu unterdrücken, der in den Kondensator Cs fließt, und um ein Nacheilen der Gate-Spannung Vge zu unterdrücken, das verursacht wird, wenn die Gate-Spannung Vge abrupt gesenkt wird, umfasst die Sanftausschaltschaltung 23 vorzugsweise einen Begrenzungswiderstand Rf, der in Reihe mit dem Kondensator Cs verbunden ist, wie in 4 veranschaulicht ist. Der Begrenzungswiderstand Rr weist einen Widerstandswert auf, der kleiner ist als jener des Verzögerungswiderstands Rs.
Wie vorstehend erörtert, wird die Schaltvorrichtung 9 in einen verbundenen Zustand gebracht, wenn sich ein Zündschalter (IG-Schalter) des Fahrzeugs in einem Ein-Zustand (effektiven Zustand) befindet, und in einen abgetrennten Zustand gebracht, wenn sich der IG-Schalter in einem Aus-Zustand (ineffektiven Zustand) befindet. Während eines normalen Betriebs wird der geöffnete/geschlossene Zustand der Schaltvorrichtung 9 gemäß dem Zustand des IG-Schalters gesteuert. Jedoch kann die Schaltvorrichtung 9 durch eine Fehlfunktion des elektrischen Systems, einen signifikanten Einschlag auf das Fahrzeug oder dergleichen, wenn sich der IG-Schalter in dem Ein-Zustand befindet, in den abgetrennten Zustand gebracht werden. Beispielsweise kann die Schaltvorrichtung 9 in dem Fall in den abgetrennten Zustand gebracht werden, in dem eine Energiezufuhr zu der Schaltvorrichtung 9 blockiert ist, in dem Fall, in dem eine Fehlfunktion in einer Ansteuerschaltung für die Schaltvorrichtung 9 verursacht wird, in dem Fall, in dem ein Kabelbruch in einer Schaltung um die Schaltvorrichtung 9 verursacht wird, in dem Fall, in dem die Schaltvorrichtung 9 mechanisch durch Vibration, einen Einschlag, oder dergleichen bewegt wird. Wenn die Schaltvorrichtung 9 in den abgetrennten Zustand gebracht wird, ist die Energiezufuhr von der Hochspannungsbatterie 11 zu der Seite der Inverterschaltung 10 blockiert. Gleichermaßen ist eine Regeneration von Energie, die von der drehenden Elektromaschine 80 zugeführt wird, zu der Hochspannungsbatterie 11 über die Inverterschaltung 10 ebenso durch die Schaltvorrichtung 9 blockiert.
Wenn sich die drehende Elektromaschine 80 zu diesem Zeitpunkt dreht, setzt die drehende Elektromaschine 80 aufgrund der Trägheit die Drehung fort. In den Statorspulen 8 akkumulierte Energie lädt den DC-Verbindungskondensator 4 über die Inverterschaltung 10, die zeitweise die Anschlussspannung (DC-Verbindungsspannung Vdc) des DC-Verbindungskondensators 4 in einer kurzen Zeit erhöht. Ein Erhöhen des Kapazitätswerts des DC-Verbindungskondensators 4 und der Spannungsfestigkeit in Vorbereitung bezüglich eines Anstiegs der DC-Verbindungsspannung Vdc führt zu einem Anstieg der Größe des Kondensators. Zusätzlich ist es ebenso erforderlich, die Inverterschaltung 10 bezüglich der Stehspannung beziehungsweise Spannungsfestigkeit zu vergrößern. Als Folge wird eine Reduktion der Größe der Invertervorrichtung 1 behindert, und die Komponentenkosten, die Herstellungskosten sowie die Produktkosten werden ebenso beeinflusst.
Daher, in dem Fall, in dem die Schaltvorrichtung 9 in den abgetrennten Zustand gebracht wird, wird eine obere aktive Kurzschlusssteuerung, bei der die oberen Schaltelemente 31 der Zweige 30 für alle der mehreren Phasen (hier, drei Phasen) in den Ein-Zustand gesteuert werden, oder eine untere aktive Kurzschlusssteuerung, bei der die unteren Schaltelemente 32 der Zweige 30 für alle der mehreren Phasen (drei Phasen) in den Ein-Zustand gesteuert werden, fallweise ausgeführt.
Wenn die aktive Kurzschlusssteuerung ausgeführt wird, wird in den Statorspulen 8 akkumulierte Energie zwischen den Statorspulen 8 und den Schaltelementen 3 der Inverterschaltung 10 zirkuliert. Energie des Stroms (Zirkulierstrom beziehungsweise Ausgleichsstrom wird als Wärme oder dergleichen in den Schaltelementen 3, den Statorspulen 8, et cetera verbraucht.
Ein Ausgleichsstrom, der in dem Fall fließt, in dem die aktive Kurzschlusssteuerung fallweise ausgeführt wird, wird größer als der erste Überstromschwellenwert TH1, der mit Bezugnahme auf 3 angegeben ist. In einem solchen Fall wirkt eine Überstromschutzfunktion der Ansteuerschaltung 20, um das Schaltelement 3 auszuschalten, das basierend auf der aktiven Kurzschlusssteuerung in den Ein-Zustand gesteuert wurde, auch wenn die aktive Kurzschlusssteuerung ausgeführt wird. Als Maßnahmen dagegen ist es denkbar, den Überstromschwellenwert auf einen zweiten Überstromschwellenwert TH2 einzustellen, der größer ist als der erste Überstromschwellenwert TH1 sowie der maximale Wert (Iasc), der durch die Spezifikationen bestimmt wird, des Ausgleichsstroms (siehe 5 und 6).
6 gibt ein Beispiel der Gate-Spannung Vge und des Elementstroms (Ice) für den Fall an, in dem der Überstromschwellenwert auf den zweiten Überstromschwellenwert TH2 eingestellt ist. 6 entspricht einem Vergleichsbeispiel von 5, das später erörtert wird, und gibt die Eigenschaften für einen Fall an, in dem die Sanftausschaltschaltung 23 die Kapazität Cs, die parallel mit dem Verzögerungswiderstand Rs verbunden ist, nicht umfasst.
Die Wellenformdiagramme der 5 und 6 veranschaulichen schematisch ein Beispiel der Gate-Spannung Vge und des Elementstroms (Ice) während des Ausschaltens. 5 gibt ein Beispiel der Eigenschaften für einen Fall an, in dem die Sanftausschaltschaltung 23 den Kondensator Cs, der parallel mit dem Verzögerungswiderstand Rs verbunden ist, umfasst, wie in 2 veranschaulicht ist. 6 entspricht einem Vergleichsbeispiel von 5, und gibt die Eigenschaften für einen Fall an, in dem die Sanftausschaltschaltung 23 den Kondensator Cs, der parallel mit dem Verzögerungswiderstand Rs verbunden ist, nicht umfasst.
Wie in den 5 und 6 veranschaulicht ist, wenn der Überstromschwellenwert von dem ersten Überstromschwellenwert TH1 auf den zweiten Überstromschwellenwert TH2, der größer ist als „TH1“, geändert wird, wird die Zeit, bei der ein Überstrom erfasst wird, um eine Erfassungsverzögerungszeit Td verzögert. Selbstverständlich wird die Zeit, bei der die Antwortzeit Tres verstreicht, ebenso durch die Erfassungsverzögerungszeit Td verzögert. Als Folge, wie in den 5 und 6 veranschaulicht ist, wird die Zeit, bei der die Gate-Spannung Vge beginnt, abzufallen, ebenso verzögert, und die Zeit, bei der der Elementstrom (Ice) beginnt, abzufallen, wird ebenso verzögert. In dem Fall, in dem die Sanftausschaltschaltung 23 den Kondensator Cs nicht umfasst, wie in 6 angegeben ist, wird die Energie (Verlust, Wärme) aufgrund des Elementstroms (Ice) um „E2“ und „E3“ in dem Fall erhöht, in dem der Überstromschwellenwert TH „TH2“ ist, als im Vergleich zu einem Fall, in dem der Überstromschwellenwert TH „TH1“ ist.
In dem Fall, in dem die Sanftausschaltschaltung 23 den Kondensator Cs umfasst, wie vorstehend mit Bezugnahme auf 3 erörtert wurde, entlädt jedoch der Kondensator Cs die Ladung des Gate-Anschlusses G während des Ausschaltens. Folglich, wie in 5 angegeben ist, wird zumindest die Zeit, bevor die Gate-Spannung Vge einen Mittelwert der Stufenform erreicht, verkürzt. In dem in 6 veranschaulichten Vergleichsbeispiel wird die Energie (Verlust, Wärme) um „E2“ in dem Fall erhöht, in dem der Überstromschwellenwert TH „TH2“ ist, im Vergleich zu einem Fall, in dem der Überstromschwellenwert TH „TH1“ ist, bevor der Elementstrom (Ice) auf einen Mittelwert reduziert wird. Jedoch kann die Energie von „E2“ um „E1“ reduziert werden, wie in 5 angegeben ist, durch Entladen der Ladung des Gate-Anschlusses G unter Verwendung des Kondensators Cs.
Wie vorstehend mit Bezugnahme auf 3 erörtert wurde, ist der Kapazitätswert des Kondensators Cs auf einen angemessenen Wert eingestellt, so dass der Elementstrom (Ice) nicht in einem Zug auf Null reduziert wird. Daher wird die Funktion des sanften Ausschaltens auch dann beibehalten, wenn die Übergangszeit während des Ausschaltens verkürzt wird, was unterbindet, dass eine Stoßspannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Schaltelements 3 erzeugt wird. Daher ist die verbrauchte Energie (Verlust, Wärme), wenn der Elementstrom (Ice) von einem Mittelwert auf Null reduziert wird, im Wesentlichen die gleiche in dem Fall, in dem die Sanftausschaltschaltung 23 den Kondensator Cs umfasst (5), und dem Fall, in dem die Sanftausschaltschaltung 23 den Kondensator Cs nicht umfasst (6), und beträgt in beiden Fällen „E3“. Daher wird die Energie (Verlust, Wärme) um „E2 - E1 + E3“ durch Erhöhen des Überstromschwellenwerts von „TH1“ auf „TH2“ erhöht.
Auf diese Weise kann ein Anstieg der Energie (Verlust, Wärme) durch den Kondensator Cs unterdrückt werden. Daher wird der Überstromschwellenwert TH vorzugsweise gemäß einem Strom (Iasc), der durch das Schaltelement 3 fließt, das in den Ein-Zustand gesteuert wird, wenn sich die Inverterschaltung 10 in dem aktiven Kurzschlusszustand (der später erörtert wird) befindet, eingestellt. Das heißt, wie vorstehend erörtert ist, dass der Überstromschwellenwert TH vorzugsweise auf den zweiten Überstromschwellenwert TH2 eingestellt wird, der größer ist als der Maximalwert (Iasc), der durch die Spezifikationen bestimmt wird, des Ausgleichsstroms, der fließt, wenn sich die Inverterschaltung 10 in dem aktiven Kurzschlusszustand befindet. In dem Fall, in dem der erste Überstromschwellenwert TH1 größer ist als der Maximalwert (Iasc), der durch die Spezifikationen bestimmt wird, des Ausgleichsstroms, kann der zweite Überstromschwellenwert TH2 kleiner oder gleich dem ersten Überstromschwellenwert TH1 sein. In diesem Fall wird der Überstromschwellenwert TH auf den ersten Überstromschwellenwert TH1 eingestellt.
Es sei jedoch angemerkt, dass in dem aktiven Kurzschlusszustand, wie vorstehend erörtert, der Ausgleichsstrom zwischen den Statorspulen 8 der drehenden Elektromaschine 80 und den Schaltelementen 3 der Inverterschaltung 10 zirkuliert, und dass die Energie des Ausgleichsstroms als Wärme durch die Statorspulen 8 und die Inverterschaltung 10 verbraucht wird. Daher wird der Überstromschwellenwert TH nicht daran gehindert, auf einen Wert eingestellt zu werden, der kleiner ist als der Maximalwert (Iasc), der durch die Spezifikationen bestimmt wird, des Ausgleichsstroms, unter Berücksichtigung des Wärmewiderstands der Statorspulen 8 und der Inverterschaltung 10, et cetera. Beispielsweise wird der DC-Verbindungskondensator 4 fallweise separat mit einer Entladungsschaltung ausgestattet. In einem solchen Fall kann ein Laden des DC-Verbindungskondensators 4 und die aktive Kurzschlusssteuerung kombiniert ausgeführt werden.
Wenn beispielsweise das Schaltelement 3 ausgeschaltet wird, wobei der Ausgleichsstrom den Überstromschwellenwert TH übersteigt, wenn die aktive Kurzschlusssteuerung gestartet wird, lädt die Energie, die in den Statorspulen 8 akkumuliert ist, den DC-Verbindungskondensator 4. Anschließend kann die aktive Kurzschlusssteuerung intermittierend durch erneutes Starten der aktiven Kurzschlusssteuerung wiederholt werden, wenn beispielsweise die DC-Verbindungsspannung Vdc erhöht wird. Es ist denkbar, dass der Ausgleichsstrom für die zweite und darauffolgende aktive Kurzschlusssteuerung im Vergleich zu jenem der ersten aktiven Kurzschlusssteuerung reduziert wird. Daher ist es möglich, dass die zweite und darauffolgende aktive Kurzschlusssteuerung kontinuierlich ausgeführt werden können. In dem Fall, in dem eine solche Steuerung durchgeführt werden kann, kann der Überstromschwellenwert TH auf einen Wert eingestellt sein, der kleiner ist als der Maximalwert (Iasc), der durch die Spezifikationen bestimmt wird, des Ausgleichsstroms. Der Überstromschwellenwert TH wird vorzugsweise gemäß dessen, ob der Überstromschwellenwert TH größer oder kleiner dem Ausgleichsstrom (Iasc) ist, mit dem Ausgleichsstrom (Iasc) eingestellt.
Der Ausdruck „die Inverterschaltung 10 befindet sich in dem aktiven Kurzschlusszustand“ bezieht sich auf einen Zustand, in dem die obere aktive Kurzschlusssteuerung oder die untere aktive Kurzschlusssteuerung in der Inverterschaltung 10 ausgeführt wird. Daher bezieht sich der Ausdruck „die Inverterschaltung 10 befindet sich in dem aktiven Kurzschlusszustand“ sowohl auf einen Zustand, in dem die oberen Schaltelemente 31 der Zweige 30 für alle der mehreren Phasen in den Ein-Zustand gesteuert werden (oberer aktiver Kurzschlusszustand), als auch einen Zustand, in dem die unteren Schaltelemente 32 der Zweige 30 für alle der mehreren Phasen in den Ein-Zustand gesteuert werden (unterer aktiver Kurzschlusszustand).
Das hier offenbarte Ausführungsbeispiel ist in jeglicher Hinsicht lediglich veranschaulichend. Daher kann eine Vielzahl von Änderungen durchgeführt werden, wenn angemessen, ohne von dem Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
[Überblick des Ausführungsbeispiels]
Nachstehend wird kurz ein Überblick der vorstehend beschriebenen Invertervorrichtung (1) beschrieben.
Ein Aspekt stellt eine Invertervorrichtung (1) bereit, die eine Inverterschaltung (10) umfasst, die Energie zwischen DC-Energie und mehrphasiger AC-Energie konvertiert, mit:

einer Ansteuerschaltung (20), die ein Ansteuersignal zu jedem einer Vielzahl von Schaltelementen (3), die die Inverterschaltung (10) bilden, überträgt, um das Schaltelement (3) zu bewirken, ein Einschalten durchzuführen, bei dem das Schaltelement (3) bewirkt wird, von einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand überzugehen, und ein Ausschalten durchzuführen, bei dem das Schaltelement (3) bewirkt wird, von dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand überzugehen; und
einer Stromerfassungsschaltung (26), die einen Strom erfasst, der durch jedes der Schaltelemente (3) fließt, wobei:
- die Ansteuerschaltung (20) eine Sanftausschaltschaltung (23) umfasst, die das Schaltelement (3) bewirkt, um das Ausschalten durch Übertragen des Ansteuersignals über einen Verzögerungswiderstand (Rs) durchzuführen, in dem Fall, in dem der durch die Stromerfassungsschaltung (26) erfasste Strom größer oder gleich einem vorab bestimmten Überstromschwellenwert (TH) ist; und
- die Sanftausschaltschaltung (23) einen Kondensator (Cs) umfasst, der parallel mit dem Verzögerungswiderstand (Rs) verbunden ist.

Gemäß dieser Konfiguration, in der die Sanftausschaltschaltung (23) bereitgestellt ist, kann der Großteil einer Stoßspannung, die in den Schaltelementen (3), wenn die Schaltelemente (3) einhergehend mit einem Überstrom ausgeschaltet werden, erzeugt werden, unterdrückt werden. Mit der mit dem Kondensator (Cs) ausgestatteten Sanftausschaltschaltung (23) kann zusätzlich eine in der Streukapazität der Schaltelemente (3) akkumulierte Ladung durch den Kondensator (Cs) während des Ausschaltens entladen werden. Das heißt, dass das Ansteuersignal für die Schaltelemente (3) bewirkt werden kann, um unmittelbar durch die Aktion des Kondensators (Cs) im Ausgangsstadium des Übergangs überzugehen, während ermöglicht wird, dass das Ansteuersignal aufgrund des Verzögerungswiderstands (Rs) der Sanftausschaltschaltung (23) langsam übergeht. Im Ausgangsstadium des Übergangs fließt ein großer Strom durch die Schaltelemente (3). Daher kann die Energie (Verlust, Wärme) aufgrund des durch die Schaltelemente (3) fließenden Stroms durch Bewirken, dass das Ansteuersignal unmittelbar übergeht, reduziert werden. Gemäß der gegenwärtigen Konfiguration kann auf diese Weise ein Verlust, der durch die Schaltelemente (3) verursacht wird, wenn die Schaltelemente (3) einhergehend mit Erzeugung eines Überstroms ausgeschaltet werden, reduziert werden.
In einem bevorzugten Aspekt gilt, dass wenn eine Ladungsmenge eines Steuerungsanschlusses (G) während des Einschaltens des Schaltelements (3) als Qg definiert ist, eine Steuerungsanschlussspannung, die dem Steuerungsanschluss (G) während des Einschaltens des Schaltelements (3) anzulegen ist, als Vge definiert ist, und ein Kapazitätswert des Kondensators (Cs) als Cs definiert ist, der Kapazitätswert des Kondensators (Cs) eingestellt ist, um zu erfüllen $Cs \leq (Qg/2) /Vge .$
Der Steuerungsanschluss (G) des Schaltelements (3) weist eine Streukapazität auf. Während des Einschaltens werden beispielsweise Spannungsschwankungen des Steuerungsanschlusses (G) gemäß der Zeit zum Laden der Streukapazität verzögert, auch wenn ein Ansteuersignal dem Steuerungsanschluss (G) bereitgestellt ist. Während des Ausschaltens ist es erforderlich, die Ladung in der Streukapazität zu entladen, und Spannungsschwankungen des Steuerungsanschlusses (G) werden gemäß der Zeit zum Laden der Streukapazität verzögert. Um die Verzögerung der Spannungsschwankungen des Steuerungsanschlusses (G) während des Ausschaltens zu unterdrücken, ist es lediglich erforderlich, die Ladung in dem Steuerungsanschluss (G) zu entladen. Wenn zu viel Ladung entladen wird, wird jedoch der Effekt des Anpassens der Übergangszeit für das Ausschalten durch Bereitstellen der Sanftausschaltschaltung (23) reduziert, und es ist schwierig, eine in den Schaltelementen (3) während des Ausschaltens erzeugte Stoßspannung zu unterdrücken. Ein Strom, der durch die Schaltelemente (3) fließt, ist im Wesentlichen proportional zu der Spannung des Steuerungsanschlusses (G). Daher wird der Effekt des Reduzierens eines solchen Stroms erhöht, wenn die Übergangsgeschwindigkeit in der früheren Hälfte der Übergangsperiode der Spannung des Steuerungsanschlusses (G) erhöht wird. Daher ist es im Allgemeinen ausreichend, eine Ladungsmenge zu entladen, wenn das Ausschalten gestartet wird, wobei die Menge kleiner oder gleich ungefähr der Hälfte der Ladungsmenge Qg des Steuerungsanschlusses (G) ist. Daher wird der Kapazitätswert des Kondensators (Cs) vorzugsweise durch die vorstehende Formel eingestellt. Folglich kann der Strom (Ice), der durch die Schaltelemente (3) fließt, unmittelbar reduziert werden, während Gebrauch des sanften Ausschaltens gemacht wird.
In einem bevorzugten Aspekt ist zusätzlich die Inverterschaltung (10) mit einer drehenden AC-Elektromaschine (80) und einer DC-Energiequelle (11) verbunden, um Energie zwischen der mehrphasigen AC-Energie und der DC-Energie zu konvertieren, und umfasst eine Vielzahl von Zweigen (30), wobei jeder davon einer von Phasen der AC-Energie entspricht und aus einer Reihenschaltung besteht, die ein oberes Schaltelement (31) und ein unteres Schaltelement (32) umfasst; und der Überstromschwellenwert (TH) ist gemäß einem Strom (Iasc) eingestellt, der durch das Schaltelement (3) fließt, das in einem aktiven Kurzschlusszustand, der ein Zustand ist, in dem die oberen Schaltelemente (31) der Zweige (30) für alle der mehreren Phasen in den Ein-Zustand gesteuert werden oder ein Zustand ist, in dem die unteren Schaltelemente (32) der Zweige (30) für alle der mehreren Phasen in den Ein-Zustand gesteuert werden, in den Ein-Zustand gesteuert wird.
In dem Fall, in dem sich die Inverterschaltung (10) in dem aktiven Kurzschlusszustand befindet, wird die Energie, die in den Statorspulen (8) der drehenden Elektromaschine (80) akkumuliert ist, zwischen den Statorspulen (8) und der Inverterschaltung (10) zirkuliert. Daher kann ein signifikant großer Strom abhängig von dem Zustand (wie etwa der Drehzahl) der drehenden Elektromaschine (80) zu dem Zeitpunkt, wenn die Inverterschaltung (10) in den aktiven Kurzschlusszustand gebracht wird, zirkuliert werden. In dem Fall, in dem das Ausmaß des Stroms größer ist als der Überstromschwellenwert (TH), kann eine Schutzfunktion agieren, um die Schaltelemente (3) auszuschalten, und der aktive Kurzschlusszustand kann beendet werden. Daher wird der Überstromschwellenwert vorzugsweise derart eingestellt, dass der aktive Kurzschlusszustand nicht behindert wird und ein angemessener Überstromschutz ermöglicht wird, in dem Fall, in dem der aktive Kurzschlusszustand erforderlich ist. Beispielsweise gilt in dem Fall, in dem ein Strom (Ice), der den Überstromschwellenwert (TH) übersteigt, fließt, wenn der aktive Kurzschlusszustand erforderlich ist, werden die Schaltelemente (3) angemessen durch eine Überstromschutzfunktion ausgeschaltet. Weil der Überstromschwellenwert (TH) gemäß dem Strom (Iasc), der durch die Schaltelemente (3) fließt, die in dem aktiven Kurzschlusszustand in den Ein-Zustand gesteuert werden, wird jedoch der Zeitpunkt, wenn das Ausschalten erlangt wird, verzögert. Daher wird der aktive Kurzschlusszustand angemessen fortgesetzt, wenn der Strom (Ice), der durch die Schaltelemente (3) fließt, sich innerhalb eines zulässigen Bereichs befindet.
Vorzugsweise umfasst die Sanftausschaltschaltung (23) einen Widerstand (Rr), der einen Widerstandswert aufweist, der kleiner ist als jener des Verzögerungswiderstands (Rs), und der in Reihe mit dem Kondensator (Cs) verbunden ist.
Während des Ausschaltens kann ein Einschaltstrom in den Kondensator (Cs) fließen, oder die Spannung des Steuerungsanschlusses (G) kann abrupt abfallen, um ein Nacheilen der Spannung des Steuerungsanschlusses (G) zu bewirken. Um einen solchen Einschaltstrom und ein Nacheilen zu unterbinden, ist vorzugsweise der Widerstand (Rr), der einen Strom begrenzt, der in den Kondensator (Cs) fließt, bereitgestellt.
Bezugszeichenliste

1: INVERTERVORRICHTUNG
3: SCHALTELEMENT
10: INVERTERSCHALTUNG
11: HOCHSPANNUNGSBATTERIE (DC-ENERGIEQUELLE)
20: ANSTEUERSCHALTUNG
23: SANFTAUSSCHALTSCHALTUNG
30: ZWEIG
31: OBERES SCHALTELEMENT
32: UNTERES SCHALTELEMENT
80: DREHENDE ELEKTROMASCHINE
Cs: KONDENSATOR
G: GATE-ANSCHLUSS
Qg: LADUNGSMENGE
Rc: SHUNT-WIDERSTAND (STROMERFASSUNGSSCHALTUNG)
Rr: BEGRENZUNGSWIDERSTAND (WIDERSTAND)
Rs: VERZÖGERUNGSWIDERSTAND
TH: ÜBERSTROMSCHWELLENWERT
TH1: ERSTER ÜBERSTROMSCHWELLENWERT (ÜBERSTROMSCHWELLENWERT)
TH2: ZWEITER ÜBERSTROMSCHWELLENWERT (ÜBERSTROMSCHWELLENWERT)
Vge: GATE-SPANNUNG (STEUERUNGSANSCHLUSSSPANNUNG)
ref: REFERENZSPANNUNG (ÜBERSTROMSCHWELLENWERT)

Ein Verlust, der durch Schaltelemente verursacht wird, wenn die Schaltelemente einhergehend mit Erzeugung eines Überstroms ausgeschaltet werden, wird reduziert. Eine Invertervorrichtung umfasst eine Inverterschaltung, die Energie zwischen DC-Energie und mehrphasiger AC-Energie konvertiert, und umfasst: eine Ansteuerschaltung 20, die ein Ansteuersignal an jedes einer Vielzahl von Schaltelementen 3, die die Inverterschaltung bilden, überträgt; und eine Stromerfassungsschaltung 26, die einen Strom, der durch jedes der Schaltelemente 3 fließt, erfasst. Die Ansteuerschaltung 20 umfasst eine Sanftausschaltschaltung 23, die das Schaltelement 3 bewirkt, um durch Übertragen eines Ansteuersignals über einen Verzögerungswiderstand Rs auszuschalten, wenn ein durch die Stromerfassungsschaltung 26 erfasster Strom größer oder gleich einem vorab festgelegten Überstromschwellenwert ist. Die Sanftausschaltschaltung 23 umfasst einen Kondensator Cs, der parallel mit dem Verzögerungswiderstand Rs verbunden ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012151592 [0004]
JP 2012151592 A [0004]

Claims

Invertervorrichtung, die eine Inverterschaltung umfasst, die Energie zwischen DC-Energie und mehrphasiger AC-Energie konvertiert, mit: einer Ansteuerschaltung, die ein Ansteuersignal an jedes einer Vielzahl von Schaltelementen, die die Inverterschaltung bilden, überträgt, um das Schaltelement zu bewirken, ein Einschalten durchzuführen, bei dem das Schaltelement bewirkt wird, von einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand überzugehen, und ein Ausschalten durchzuführen, bei dem das Schaltelement bewirkt wird, von dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand überzugehen; und einer Stromerfassungsschaltung, die einen Strom, der durch jedes der Schaltelemente fließt, erfasst, wobei: die Ansteuerschaltung eines Sanftausschaltschaltung umfasst, die das Schaltelement bewirkt, um das Ausschalten durch Übertragen des Ansteuersignals über einen Verzögerungswiderstand durchzuführen, in dem Fall, in dem der durch die Stromerfassungsschaltung erfasste Strom größer oder gleich einem zuvor festgelegten Überstromschwellenwert ist; und die Sanftausschaltschaltung einen Kondensator umfasst, der parallel mit dem Verzögerungswiderstand verbunden ist.
Invertervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei wenn eine Ladungsmenge eines Steuerungsanschlusses während des Einschaltens des Schaltelements als Qg definiert ist, eine an den Steuerungsanschluss während des Einschaltens des Schaltelements anzulegende Steuerungsanschlussspannung als Vge definiert ist, und ein Kapazitätswert des Kondensators als Cs definiert ist, der Kapazitätswert des Kondensators eingestellt ist, um zu erfüllen $Cs \leq (Qg/2) /Vge .$
Invertervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei: die Inverterschaltung mit einer drehenden AC-Elektromaschine und einer DC-Energiequelle verbunden ist, um Energie zwischen der mehrphasigen AC-Energie und der DC-Energie zu konvertieren, und eine Vielzahl von Zweigen umfasst, die jeweils einer von Phasen der AC-Energie entsprechen, und aus einer Reihenschaltung besteht, die ein oberes Schaltelement und ein unteres Schaltelement umfasst; und der Überstromschwellenwert gemäß einem Strom eingestellt ist, der durch das Schaltelement fließt, das in einem aktiven Kurzschlusszustand, der ein Zustand ist, in dem die oberen Schaltelemente der Zweige für alle der mehreren Phasen in den Ein-Zustand gesteuert werden, oder ein Zustand ist, in dem die unteren Schaltelemente der Zweige für alle der mehreren Phasen in den Ein-Zustand gesteuert werden, in den Ein-Zustand gesteuert wird.
Invertervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sanftausschaltschaltung einen Widerstand umfasst, der einen Widerstandswert aufweist, der kleiner ist als jener des Verzögerungswiderstands, und der in Reihe mit dem Kondensator verbunden ist.