DE19802604A1

DE19802604A1 - Motor-Steuergeräteschaltung

Info

Publication number: DE19802604A1
Application number: DE19802604A
Authority: DE
Inventors: Vijay Mangtani
Original assignee: International Rectifier Corp USA
Current assignee: Infineon Technologies Americas Corp
Priority date: 1997-01-27
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 1998-08-06
Also published as: JPH10285975A; US5825641A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Motor-Steuergeräteschaltung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und insbeson dere auf eine Motor-Steuergeräte-Wechselrichterschaltung mit Brückenwiderständen zur Messung des Stromes, der durch einzelne Zweige des Motor-Steuergerätes fließt.

Eine typische Motor-Steuergeräteschaltung ist in Fig. 1A gezeigt und schließt drei spannungsseitige Transistoren Q₁, Q₃, Q₅ und drei erdseitige Transistoren Q₂, Q₄, Q₆ ein. Die Transistoren sind typischerweise bipolare Transisto ren mit isoliertem Gate (IGBT), deren Gateelektroden drei phasig von einer integrierten Steuerschaltung angesteuert werden, wie sie beispielsweise in Fig. 1B gezeigt ist (d. h. der Ausgang LO1 der integrierten Schaltung ist mit G2 ver bunden, der Ausgang LO2 ist mit G₄ verbunden und der Ausgang LO2 ist mit G₆ verbunden).

Für bestimmte Anwendungen ist es erwünscht, den Strom in einem einzelnen Zweig von Motor-Steuergeräte-Inverterschaltungen für verschiedene Zwecke zu messen. Ein wirtschaftliches Verfahren zur Messung des jeweiligen Zweigstromes gemäß Fig. 1A besteht in der Verwendung von Brückenwiderständen zwischen dem Emitter eines IGBT und der Schaltungserde.

Dreiphasen-Gate-Ansteuerschaltungen sind jedoch üblicherweise mit einem gemeinsamen Bezugspunkt (d. h. dem Rückführungspfad) für die Emitter der erdseitigen IGBT-Bauteile aufgebaut. Beispielsweise weist gemäß Fig. 1 die integrierte Gate-Treiber schaltung vom Typ IR2130 der Firma International Rectifier einen gemeinsamen Anschlußstift V_SO auf, der normalerweise mit E₂, E₄ und E₆ verbunden würde, wodurch der Anschlußstift 1 der Widerstände R_SU, R_SV und R_SW kurzgeschlossen würde und keine Strommessung möglich wäre.

Wenn der gemeinsame Anschlußstift mit dem Anschluß 2 von R_SU, R_SV und R_SW verbunden wird, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist (die lediglich den ersten Zweig zeigt), so werden die Brücken widerstände (R_SU in Fig. 3) Teil des Gate-Ansteuerkreises. Diese Ausführungsform ist unerwünscht, weil hierdurch der Widerstand und die Induktivität von R_SU in den Gate-Ansteuer kreis von Q₂ eingeführt wird (in ähnlicher Weise werden der Widerstand und die Induktivität von R_SV und R_SW in den Gate- Ansteuerkreis von Q₄ bzw. Q₆ eingeführt).

Beim Einschalten wirkt die Induktivität von R_SU dem Gate- Ansteuerstrom entgegen, wodurch das Einschalten verlangsamt wird und die Einschaltverluste vergrößert werden.

Im leitenden Zustand verringert der Spannungsabfall längs R_SU die wirksame Gate-Ansteuerspannung, wodurch Durchgangsverluste vergrößert werden (wenn jedoch der Spannungsabfall längs R_SU in der Größenordnung 200 mV ist, ist die Vergrößerung der Durchgangsverluste nicht bedeutsam).

Beim Abschalten wirkt die Induktivität von R_SU dem Abschalten der Gate-Ansteuerung entgegen und vergrößert die Abschaltver luste.

Weiterhin neigt die Induktivität des Brückenwiderstandes R_SU dazu, eine Verschlechterung der Gate-Ansteuerqualität hervor zurufen, und zwar aufgrund von Schwingungen mit der Bauteil kapazität (des erdseitigen Transistors - Q₂ in Fig. 3) und mit der Streukapazität in der Schaltung.

Eine bekannte Möglichkeit zur Messung der jeweiligen Ströme in den Zweigen unter Vermeidung der vorstehend genannten Nach teile besteht in der Verwendung einzelner Halbbrücken-Treiber, wie z. B. der integrierten Schaltungen IR2110, IR2112 oder IR2112 der Firma International Rectifier, die getrennte Rückführpfade für die Emitter der erdseitigen Transistoren aufweisen. Fig. 2 zeigt einen Zweig dieses bekannten Schemas zur Messung des Stromes in einem einzelnen Zweig. Es ist jedoch vorzuziehen, eine einzigen monolithischen Dreiphasen-Treiber zu verwenden, weil sich hierdurch Vorteile aufgrund des hohen Integrations grades ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Motor-Steuerge räteschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau und hohem Integrationsgrad eine problemlose Ansteuerung der Wechselrichterschaltung der Motor-Steuergeräte schaltung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Motor-Steuergeräteschaltung beseitigt die Probleme bekannter Schaltungen und ermöglicht die Verwen dung eines einzigen monolithischen Dreiphasen-Treibers, wobei zusätzlich zu den Brückenwiderständen zwischen den Emitter- Anschlußstiften jedes erdseitigen IGBT und Erde ein Emitter- Rückführungswiderstand zwischen dem Emitter-Anschlußstift jedes erdseitigen IGBT und dem gemeinsamen V_SO-Anschlußstift des Dreiphasen-Treibers vorgesehen ist. Die jeweiligen entlang der Brückenwiderstände erzeugten Spannungen können gemessen werden, um den durch die einzelnen Zweige der Motor-Steuer geräteschaltung fließenden Strom zu bestimmen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1A eine bekannte Schaltung zur Messung der Ströme eines einzelnen Zweiges in einem Wechselrichtung unter Verwen dung von Brückenwiderständen zwischen dem Emitter jedes IGBT und Schaltungserde,

Fig. 1B die Ausgangsschaltkreise einer integrierten Schaltung vom Typ IR2130 in Form einer Dreiphasen-Treiber schaltung zusammen mit dem zugehörigen gemeinsamen Erdanschluß stift V_SO,

Fig. 2 einen Zweig einer Wechselrichterschaltung, die getrennte integrierte Halbbrücken-Treiberschaltungen verwendet, die z. B. den Typ IR2110, wobei getrennte Rückführpfade für die Emitter der erdseitigen IGBT-Bauteile vorgesehen sind,

Fig. 3 die Verbindung des Anschlußstiftes 2 von R_SU, R_SV R_SW mit dem Anschlußstift V_SO einer integrierten Schaltung vom Typ IR2130 (wobei lediglich ein Zweig gezeigt ist), und

Fig. 4 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Motor steuergeräteschaltung, bei der Emitter-Rückführungswiderstände zwischen dem Emitter-Anschlußstift jedes erdseitigen Transi stors und dem V_SO-Anschlußstift der integrierten Treiber schaltung eingefügt sind.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung werden die Gate-Anschlüsse G₂, G₄ und G₆ der erdseitigen Transistoren Q₂, Q₄ und Q₆ in einer Drei phasen-Motor-Steuergeräteschaltung über Gate-Widerstände R_G2, R_G4, R_G6 durch eine einzige integrierte Dreiphasen-Steuer schaltung angesteuert, wie z. B. die integrierte Steuerschaltung vom Typ IR2130, IR2131, IR2132 und IR2233, wie sie von der Firma International Rectifier Corporation, El Segundo, Kalifornien, USA vertrieben werden. Die Gatewiderstände R_G2, R_G4, R_G6 haben typischerweise einen Widerstandswert, der 1 Ω bis unge fähr 200 Ω reicht. Zusätzlich zu den Brückenwiderständen R_SU, R_SV und R_SW mit einem Widerstandswert von zwischen ungefähr 5 Ω und ungefähr 150 Ω zwischen dem Emitter jedes erdseitigen IGBT und Erde sind die Emitter mit dem gemeinsamen V_SO-Anschlußstift der integrierten Dreiphasen-Treiberschaltung über jeweilige Emitter-Rückführungswiderstände R_E2, R_E4 und R_E6 verbunden.

Die jeweiligen längs der Brückenwiderstände R_SU, R_SV und R_SW erzeugten Spannungen können an den Knoten I_SU, I_SV und I_SW zwischen den jeweiligen Emittern und den jeweiligen Brückenwiderständen gemessen werden, wobei die gemessenen Span nungen den Strom darstellen, der durch den jeweiligen Zweig der Motor-Steuergeräteschaltung fließt. Die Emitter-Rückführungs widerstände R_E2, R_E4 und R_E6 der vorliegenden Erfindung, die einen bevorzugten Widerstandswert im Bereich von ungefähr 2 Ω bis ungefähr 15 Ω haben, ergeben eine Isolation und Trennung zwischen den Knoten I_SU, I_SV und I_SW.

Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Motor-Steuergeräte schaltung ergibt die folgenden Vorteile:

1. Die Strommeß-Brückenwiderstände sind aus dem Strompfad des Gatekreises entfernt, wodurch das vorstehend erläuterte Problem der vergrößerten Schaltverluste und der Möglichkeit einer Ver schlechterung der Gate-Ansteuerqualität vermieden wird.
2. Eine monolithische integrierte Dreiphasen-Treiberschaltung mit einem hohen Integrationsgrad kann verwendet werden, wodurch die hohe Bauteilzahl und der niedrigere Integrationsgrad bekann ter Lösungen verbessert wird, bei denen getrennte integrierte Halbbrücken-Teiberschaltungen in der vorstehend beschriebenen Weise verwendet werden.
3. Integrierte Gate-Ansteuerschaltungen mit mehreren internen Treiberschaltungen und einem einzigen Emitter-Rückführungsan schluß für die erdseitigen Treiberschaltungen, wie z. B. inte grierte Schaltungen von Typ IR2130, IR2131, IR2132, IR2233, können in wirkungsvoller Weise mit einer entsprechenden Mehrzahl von Brückenwiderständen zur Messung der erdseitigen Bauteil- Ströme verwendet werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand einer speziellen Aus führungsform beschrieben wurde, sind vielfältige Abänderungen sowie andere Anwendungen außerhalb des Bereichs von Motor- Steuerschaltungen für den Fachmann ohne weiteres erkennbar.

Claims

1. Motor-Steuergeräteschaltung mit einer Meßschaltung zur Messung des Stromes in jeweiligen Zweigen einer dreiphasigen Motor-Steuergeräteschaltung, wobei die Motor-Steuergeräte schaltung drei spannungsseitige Transistoren einschließt, die in Serie mit drei jeweiligen erdseitigen Transistoren ge schaltet sind, wobei die Serienschaltung eines spannungs seitigen und eines erdseitigen Transistors jeweils einen Zweig der dreiphasigen Motor-Steuergeräteschaltung bildet und die spannungsseitigen und erdseitigen Transistoren jeweils einen Emitter und ein Gate aufweisen, wobei die Gates jedes der drei erdseitigen Transistoren durch eine einzige integrierte Steuerschaltung angesteuert sind, die einen gemeinsamen Anschlußstift (V_SO) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung folgende Teile aufweist:
drei Brückenwiderstrände (R_SU, R_SV, R_SW), die jeweils zwischen den Emittern (E₂, E₄, E₆) jedes der drei erdseitigen Transistoren (Q₂, Q₄, Q₆) und Erde eingeschaltet sind, und
drei Emitter-Rückführungswiderstände, die jeweils zwischen den Emittern E₂, E₄, E₆) jedes erdseitigen Transistoren (Q₂, Q₄, Q₆) und dem gemeinsamen Anschluß stift (V_SO) der Treiberschaltung eingeschaltet sind,
wobei die Spannung längs jedes der drei Brückenwider stände (R_SU, R_SV, R_SW) jeweils dem Strom entspricht, der durch jeden der Zweige der dreiphasigen Motor-Steuergeräte schaltung fließt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die spannungsseitigen und erdseitigen Transistoren durch bipolare Transistoren mit isoliertem Gate (IGBT) gebildet sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzige integrierte Steuer schaltung durch einen monolithische integrierte Dreiphasen- Treiberschaltung gebildet ist.

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Knoten zwischen dem Emitter jedes der erdseitigen Transi storen und dem jeweiligen Brückenwiderstand gebildet ist, um die jeweilige Spannung längs des Brückenwiderstandes zu messen, die den Strom darstellt, der durch den jeweiligen Brückenwider stand fließt.