DE19963656A1 - Fahrzeugleistungsumrichter - Google Patents

Fahrzeugleistungsumrichter

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Kiyoharu Anzai
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Abstract

Ein Leistungsumrichter weist eine hohe Zuverlässigkeit in einer schwierigen Verwendungsumgebung auf, indem die Verzögerung der Schaltzeit und das Abrunden einer Wellenform verbessert wird. DOLLAR A Schaltelementansteuerungs- und Schutzschlatungen (4) und eine Steuerarithmetikeinheit (12) sind auf dem gleichen Substrat über eine Signalübertragungseinrichtung (15) gebildet, die Potentiale der Massen (GND) der Schaltelementansteuerungs- und Schutzschaltungen (4) und der Steuerarithmetikeinheit (12), die auf dem gleichen Substrat gebildet sind, sind gleich zu den Potentialen der Massen (GND) der Schaltelemente (2) gebildet, und ein Leistungsumwandlungsabschnitt, der die Schaltelemente (2) und einen Glättungskondensator (10) umfasst, ist unter Verwendung des gleichen Moduls wie ein Substrat konstruiert.

Description

Hintergrund der Erfindung [Gebiet der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Isolationsverfahren für einen Fahrzeugleistungsumrichter (Wechselrichter), der Halbleiterschaltelemente umfasst und eine Verringerung der Grösse des Umrichters und die Verbesserung der Zuverlässigkeit des Umrichters bzw. Wechselrichters.
[Beschreibung des Standes der Technik]
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration der Energiequelle eines herkömmlichen Fahrzeugsleistungsumrichters zeigt. Die Figur zeigt nur eine einphasige Schaltung für einen Schaltabschnitt zum Ansteuern einer dreiphasigen AC (Wechselstrom)Last. Schaltungen für die anderen zwei Phasen sind weggelassen, weil sie identisch zu der obigen Schaltung sind (siehe das Gesamtblockschaltbild der Fig. 5).
In Fig. 4 bezeichnet ein Bezugszeichen 1 eine Hochspannungs- DC-Energiequelle zum Ansteuern einer nicht dargestellten AC- Last. Für eine derartige Anwendung wie bei elektrischen Fahrzeugen werden allgemein mehrere zehn bis mehrere hundert Volt verwendet. Die obige DC-Energiequelle 1 ist von einer Fahrzeugkarosserie für Sicherheitszwecke elektrisch isoliert. Ein Bezugszeichen α bezeichnet zwei Schaltelemente, die einen Arm eines Schaltabschnitts bilden. Die zwei Schaltelemente 2 sind zwischen beiden Enden der DC- Energiequelle 1 in Reihe geschaltet. Ein Leistungselement, welches von einem IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate oder Insulated Gate Bipolar Transistor) typifiziert wird, wird allgemein für das Schaltelement 2 verwendet und eine DC- Energie von der DC-Energiequelle wird durch den Schaltbetrieb der Schaltelemente 2, die drei Arme bilden, die parallel geschaltet sind, wie nachstehend noch beschrieben wird, in eine dreiphasige AC-Energie umgerichtet bzw. wechselgerichtet. Mit 3 ist eine Freilaufdiode bezeichnet, gepaart mit dem obigen Schaltelement 2, um einen Rückflussstrom zur Zeit eines Schaltens der AC-Last oder der DC-Energiequelle 1 zurückzuführen.
Mit 4 ist eine Schaltung bezeichnet, um das obige Schaltelement 2 anzusteuern und dieses vor einer Überhitzung, einem Kurzschlusstrom und dgl. zu schützen. Diese Schaltung ist mit dem Ansteuersignal-Ausgabeanschluss und einem Schaltabnormalitätssignal-Eingangsanschluß eines Mikrocomputers 5 über Optokoppler 8 verbunden. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Kondensator zum Glätten eines wellenförmigen Stroms zur Zeit der Umschaltung. Die Ansteuerspannung des Mikrocomputers 5 wird von einer Niederspannungs-DC-Energiequelle 6 zugeführt und von einer allgemeinen Konstantspannung-Reglerschaltung 7 auf 5 V geregelt.
Somit werden für den Fall eins elektrischen Fahrzeugs oder eines hybriden elektrischen Fahrzeugs zwei verschiedene DC- Energiequellen allgemein verwendet. D. h., eine 12 V Batterie, die allgemein für Automobile verwendet wird, wird für die Niederspannungs-DC-Energiequelle 6 verwendet und das GND (Masse) Potential der Energiequelle wird mit der Fahrzeugkarosserie auf Masse verbunden, so dass sie gleich zu dem Potential der Fahrzeugkarosserie gemacht wird.
Die Hochspannungs-DC-Energiequelle 1 ist von der Fahrzeugkarosserie in den meisten Fällen elektrisch isoliert, weil sie eine hohe Spannung erzeugt und die Ansteuer- und Schutzschaltungen 4 sind unter Verwendung von Isolationselementen für die Verhinderung eines Sicherheitsproblems, beispielsweise eines elektrischen Schocks und des Betriebsprinzips der Schaltelemente (Differenz der Betriebsreferenzspannung) von dem Mikrocomputer 5 elektrisch isoliert. Der Photokoppler 8, der relativ kostengünstig ist und leicht erworben werden kann, wird als das Isolationselement verwendet.
Die Karosseriemasse wird nachstehend mit "Z" bezeichnet. Das Gesamtblockschaltbild des Fahrzeugleistungswandlers aus Fig. 5 wird nachstehend beschrieben. Elemente, die die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 4 tragen, weisen die gleichen Funktionen auf.
Ein Hochspannungs-Leistungsumrichter 9, der die Hauptschaltung eines Fahrzeugleistungsumrichters ist, umfasst eine DC-Energiequelle 1, einen Glättungskondensator 190 und einen Schaltabschnitt, der aus drei Paaren von Schaltelementen 2 und drei Paaren von Freilaufdioden 3, die parallel geschaltet sind, besteht und eine DC-Spannung, die durch Glätten eines Wellenstrom zur Zeit einer Umschaltung zwischen den Anschlüssen des Glättungskondensators 10 erhalten wird, in eine dreiphasige AC-Spannung um und liefert eine dreiphasige AC-Energie mit variabler Spannung und variabler Frequenz an eine dreiphasige AC-Last 11, beispielweise einen AC-Motor. Ein IGBT wird allgemein für das Schaltelement 2 in den meisten Fällen verwendet und G steht für ein Gate (Gatter), C einen Kollektor und E einen Emitter in Fig. 5.
Die Schaltelementansteuerungs- und Schutzschaltungen 4 verstärken ein Ansteuersignal von einer Steuerarithmetikeinheit 12, die eine AC-Last-Steuerschaltung ist, die getrennt von dem obigen Leistungsumrichter 9 vorgesehen ist, und die dann die Schaltelemente ein- oder ausschaltet, um den zum Umrichten der DC-Energie der DC- Energiequelleneinheit 1 in eine dreiphasige AC-Energie mit variabler Spannung und variabler Frequenz benötigten Schaltbetrieb auszuführen. Ein Digitalsignal- Ansteuerverfahren, das von einer PWM-Steuerung typifiziert wird, wird in den meisten Fällen verwendet. Die obigen Ansteuerungs- und Schutzschaltungen 4 dienen zum Schützen der Schaltelemente 2 auf Grundlage eines Sensorsignals von einem nicht dargestellten Sensor zum Erfassen der Überhitzung oder eines Kurzschlussstroms des Schaltelements 2. Deshalb beinhaltet die Steuerarithmetikeinheit 12 allgemein einen Mikrocomputer 5 zum Ausführen einer Berechnung für die Steuerung der AC-Last, empfängt jeden Phasenstrom von der dreiphasigen AC-Last 11, die von einem Stromdetektor 13 erfasst wird, ein dreiphasiges AC-Last-Drehmomentsteuer- Befehlssignal von einer Fahrzeugsteuereinrichtung 14 und ein Alarmsignal und steuert den Leistungsumrichter 9, der verschiedene Schutzfunktionen aufweist.
Da der Fahrzeugsleistungsumrichter des Standes der Technik wie voranstehend beschrieben aufgebaut ist, müssen die Schaltelement-Ansteuerungs- und Schutzschaltungen 4 von der Steuerarithmetikeinheit 12 für ein Sicherheits- oder Betriebsprinzip elektrisch isoliert sein. Ein Photokoppler 8, der aus einem optischen Halbleiterelement gebildet ist, wird oft für das Isolationselement verwendet.
Wenn jedoch dieser Photokoppler 8 in der extrem ungünstigen Umgebung eines Temperaturzyklusses für die Eigenschaften und den Aufbau des optischen Halbleiters verwendet wird, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, dann verschlechtern sich die Abdichtungseigenschaften eines optischen Kopplungsabschnitts und eine Kopplung (Verstärkung) zwischen einer primären und einer sekundären Seite sinkt ab. Im schlechtesten Fall wird die Primärseite und die Sekundärseite nicht miteinander gekoppelt und es ergibt sich ein Zuverlässigkeitsproblem dahingehend, dass ein Signal nicht übertragen werden kann (Produktlebensdauer). Da ein Signalumwandlungsprozess (elektrisches Signal → optisches Signal → elektrisches Signal) für eine Isolation benötigt wird, tritt eine Verzögerung und das Abrunden einer Wellenform zwischen einem Eingangssignal und einem Ausgangssignal auf und eine Schaltzeitbreite, die für eine PWM-Ansteuerung benötigt wird, kann nicht sichergestellt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der obigen Probleme durchgeführt und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Leistungsumrichter bereitzustellen, der die Verzögerung der Schaltzeit und das Abrunden einer Wellenform verbessert und eine hohe Zuverlässigkeit selbst bei der Verwendung in einer ungünstigen Umgebung, wie in einem Kraftfahrzeug, aufweist, und darin, eine Hochspannungsschaltung zu integrieren und die Grösse einer Leistungsumrichtungs-Steuerschaltung zu verringern.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeugs-Leistungsumrichter vorgesehen, wobei die Schaltelementansteuerungs- und Schutzschaltungen und eine Steuerarithmetikschaltung auf dem gleichen Substrat durch eine Signalübertragungseinrichtung gebildet sind, mit einer Isolationsfunktion, zum Übertragen eines Signals zwischen den Ansteuerungs- und Schutzschaltungen und der Steuerarithemtik­ einheit, und ein Leistungsumrichtungsabschnitt, der Schaltelemente und einen Glättungskondensator umfasst, ist unter Verwendung des gleichen Moduls wie das Substrat konstruiert.
Gemäss einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeugleistungsumrichter vorgesehen, wobei die obige Signalübertragungseinrichtung aus einer HVIC (Hochspannungs- Integrationsschaltung oder High Voltage Integrated Cicruit) und nicht aus einem Isolationselement wie beispielsweise einem Photokoppler gebildet ist.
Gemäss einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeugleistungsumrichter vorgesehen, bei dem die Potentiale der Massen (GND) der Schaltelementansteuerungs- und Schutzschaltungen und der Steuerarithmetikeinheit, die auf dem gleichen Substrat gebildet sind, gleich zu den Potentialen der Massen (GND) der Schaltelemente gemacht sind.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorlegenden Erfindung ergeben sich näher aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen.
Kurzbeschreibung der beiliegenden Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Energiequellen-Blockschaltbild eines Fahrzeugleistungsumrichters gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein äquivalentes Blockschaltbild einer HVIC- Schaltung;
Fig. 3 ein Gesamtblockschaltbild eines Fahrzeugleistungsumrichters gemäss einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ein Energiequellen-Blockschaltbild eines Fahrzeugleistungsumrichters des Standes der Technik;
Fig. 5 ein Gesamtblockschaltbild eines Fahrzeugleistungsumrichters des Standes der Technik.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
In der folgenden Beschreibung werden die gleichen oder entsprechenden Elemente wie diejenigen des Standes der Technik mit den gleichen Bezugssymbolen bezeichnet.
Ausführungsform 1
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das den Energiequellenaufbau eines Fahrzeugleistungsumrichters gemäss der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 1 zeigt nur eine einphasige Schaltung für einen Schaltabschnitt zum Ansteuern einer dreiphasigen AC-Last.
In Fig. 1 bezeichnet eine Bezugszeichen 1 eine Hochspannungs- DC-Energiequelle, 2 Schaltelemente, die aus einem IGBT gebildet sind, 3 Freilaufdioden, 4 Schaltelementansteuerungs- und Schutzschaltungen, 10 einen Glättungskondensator, 12 eine Steuerarthmetikeinheit, die einen Mikrocomputer 5 zum Ausführen einer Berechnung für die Steuerung einer AC-Last und einer Niederspannungs-DC-Energiequelle 6 umfasst, 15 eine HVIC-Schaltung (Hochspannungs-Integrationsschaltung oder High Volatage Integrated Circuit) als Signalübertragungseinrichtung mit der Funktion zum Isolieren der Steuerarithmetikeinheit 12 von den Ansteuerungs- und Schutzschaltungen 4 und zum Übertragen eines Signals zwischen der Steuerarithmetikeinheit 12 und den Ansteuerungs- und Schutzschaltungen 4, und 16 eine Isolationsenergiequelle zum Zuführen einer Spannung an den Mikrocomputer 5.
Der Fahrzeugsleistungsumrichter dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem Fahrzeugsleistungsumrichter des Standes der Technik darin, dass die HVIC-Schaltung 15 anstelle des Photokopplers 8 verwendet wird, der ein Element zum Isolieren des Mikrocomputers 5, der in die Steuerarithemetikeinheit 12 als eine AC-Last-Steuerschaltung eingebaut ist, von den Schaltelementansteuerungs- und Schutzschaltungen 4 ist, die Masse GND des Mikrocomputers 5 mit der Masse GND der Hochspannungs-DC-Energiequelle 1 verbunden ist und die Isolationsenergiequelle 16 zum Erhalten von 5 V aus der Niederspannungs-DC-Energiequelle 6 als eine Energiequelle für den Mikrocomputer 5 verwendet wird.
Somit wird eine elektrische Isolierung wenigstens von der Fahrzeugkarosserie bewirkt.
Die HVIC-Schaltung ist eine bekannte Hochspannungs- Halbleiter-Integrationsschaltung, in die Nch-MOSs zum Verschieben eines Signalpegels von einer niedrigen Spannung auf eine hohe Spannung und Pch MOSs zum Verschieben eines Signalpegels von einer hohen Spannung auf eine niedrige Spannung eingebaut sind. Die HVIC-Schaltung weist allgemein eine JI oder DI Typ-Struktur auf. Da die obige HVIC-Schaltung einen Isolationswiderstand sicherstellen kann, der äquivalent zu einem MOS Gate ist, wird sie als eine Signalübertragungseinrichtung mit einer Isolationsfunktion in dem industriellen und kommerziellen Feldern implementiert.
Wie in dem Ersatzblockschaltbild der Fig. 2 gezeigt besteht die HVIC-Schaltung aus einer ersten Signalübertragungsschaltung 15a zum Senden eines Signals von dem Mikrocomputer 5 an die Schaltelementansteuerungs- und Schutzschaltung 4, die eine EIN-Schaltung 15a und eine AUS- Schaltung 15b umfasst, jeweils mit einem Hochspannungs-Nch MOS (HV Nch MOS), der mit dem Ausgangsanschluss des Mikrocomputers 5 über einen Verbindungspunkt "a" verbunden ist, und einem SR-FF (Slave Flip-Flop) 15c, das im Ansprechen auf die Ausgänge der EIN-Schaltung 15a und der AUS-Schaltung 15b arbeitet, und einer zweiten Signalübertragungsschaltung 15b zum Senden eines Signals von der Ansteuerungs- und Schutzschaltung 4 an den Mikrocomputer 5, die eine EIN- Schaltung 15b und eine AUS-Schaltung 15 umfasst, jeweils mit einem HV Pch MOS, der mit dem Ausgang der Ansteuerungs- und Schutzschaltung 4 über einen Verbindungspunkt "d" verbunden ist, und einem SR-FF 15f, das im Ansprechen auf die Ausgänge der EIN-Schaltung 15d und der AUS-Schaltung 15e arbeitet, und die Funktion zum Isolieren der Ansteuerungs- und Schutzschaltung 4 von dem Mikrocomputer 5 aufweist und ein Signal zwischen der Ansteuerungs- und Schutzschaltung 4 und dem Mikrocomputer 5 überträgt.
Das heißt, in der ersten Signalübertragungsschaltung 15A wird die EIN-Schaltung 15a an einer ansteigenden Flanke eines eingegebenen Impulses von dem Verbindungspunkt "a" aktiv und die AUS-Schaltung 15b wird an einer abfallenden Flanke aktiv, wodurch zwei Signalleitungen gebildet und das SR-FF 15a aktiviert wird. Wenn der HV Nch MOS der EIN-Schaltung 15a eingeschaltet wird, dann wird das SR-FF 15c gesetzt und das Potential des Verbindungspunkts "b" für die Ansteuerungs- und Schutzschaltung 4 wird hoch. Wenn der HV Nch MOS der AUS- Schaltung 15b eingeschaltet wird, dann wird das SR FF 15c zurückgesetzt und das Potential des Verbindungspunkts "b" wird niedrig. Infolgedessen wird ein Signal von dem Mikrocomputer 5 an die Schaltelementansteuerungs- und Schutzschaltung 4 übertragen.
Die zweite Signalübertragungsschaltung 15B unterscheidet sich von der ersten Signalübertragungsschaltung 15A darin, dass der Hochspannungs-MOS ein Pch MOS ist und die Schaltung einen ähnlichen Betrieb zum Senden eines Signals von der Schaltelementansteuerungs-Schutzschaltung 4 an den Mikrocomputer 5 ausführt.
Nachstehend wird eine Beschreibung des Betriebs des Fahrzeugleistungsumrichters angegeben, der wie oben angegeben aufgebaut ist.
Der Mikrocomputer 5 ist in die Steuerarithemtikeinheit 12 eingebaut, gibt ein PWM Signal in einem vorgegebenen Muster aus, und schaltet die Schaltelementansteuerungs- und Schutzschaltung 4 über die HVIC-Schaltung 15 ein oder aus, um das Schaltelement so anzusteuern, dass eine Energie von der Hochspannungs-DC-Energiequelle 1 in eine dreiphasige AC- Energie mit variabler Spannung und variabler Frequenz umgewandelt wird. Wenn eine Abnormalität wie eine Überhitzung oder ein Kurzschlussstrom in den Schaltelementen 2 auftritt, dann schaltet die Schaltelementansteuerungs- und Schutzschaltung ein Gate-Signal an dem Schaltelement 2 ab und informiert den Mikrocomputer 5 über die Abnormalität durch die HVIC-Schaltung 15.
Da der Fahrzeugenergieumrichter dieser Ausführungsform die HVIC-Schaltung 15 verwendet, um ein Signal zwischen Elementen mit unterschiedlichen Massepegeln zu übertragen, ist die Masse des Mikrocomputers 5 mit der Masse (GND) der Hochspannungs-DC-Energiequelle 1 ohne die Verwendung eines Photokopplers verbunden, wodurch ermöglicht wird, die Grösse einer Energieumwandlungs-Steuerschaltung zu verringern.
Ausführungsform 2
Fig. 3 ist ein Gesamtblockschaltbild eines Fahrzeugleistungsumrichters gemäss der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 sind Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in Fig. 1 mit den gleichen Funktionen bezeichnet.
Der Fahrzeugleistungsumrichter dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem Fahrzeugleistungsumrichter des Standes der Technik darin, dass die Steuerarithmetikeinheit 12 als eine AC-Laststeuerschaltung in den Leistungsumrichter 9 eingebaut ist und auf dem gleichen Substrat wie die Schaltelementansteuerungs- und Schutzschaltungen 4 gebildet ist. Ferner wird, wie in der obigen Ausführungsform 1 beschreiben, das Potential der Masse (GND) der meisten Schaltungen der Steuerarithmetikeinheit 12 einschliesslich des Mikrocomputers 5 gleich zu einem Referenzpotential auf der niedrigen Seite des Arms des Schaltelements 2 gemacht, d. h. dem Potential der Masse GND der Hochspannungs-DC- Energiequelle 1, und ein Signal kann an die sechs Schaltelemente 2, die eine Dreifachbrückenschaltung bilden, ohne die Verwendung eines elektrischen Isolationselements wie beispielsweise eines Photokopplers gesendet werden, als ob sie das gleiche Potential aufweisen würden.
Wenn eine Abnormalität wie eine Überhitzung oder eine Kurzschlussstrom in dem Schaltelement 2 auftritt, dann behandelt die Schaltelementansteuerungs- und Schutzschaltung 4 die Abnormalität im Ansprechen auf ein Signal von einem Sensor, der auf dem gleichen Chip wie die Schaltelemente 2 gebildet sind, und informiert den Mikrocomputer 5 über die Abnormalität durch die HVIC-Schaltung 15.
Deshalb kann eine Hochspannungsschaltung integriert werden und die Grösse einer Leistungsumwandlungssteuerschaltung kann verringert werden, indem eine elektrische Isolation mit Hilfe eines Abschnitts zum Senden eines Steuerbefehlssignals von einer Fahrzeugsteuereinrichtung 14, die von dem Leistungsumrichter 9 getrennt ist, ausgeführt wird.
Es gibt keinen Schritt zum Umwandeln eines elektrischen Signals in ein optisches Signal zur Zeit einer Isolation aufgrund der Verwendung der HVIC Schaltung 15 anstelle des herkömmlichen Fotokopplers, die Signalübertragungsgeschwindigkeit ist stark verbessert und die Schaltimpulsbreite kann effektiv verwendet werden, wodurch der Bereich der PWM Steuerung erweitert werden kann.
Da ferner die Steuerarithmetikschaltung 12 mit dem Mikrocomputer 5 in den Leistungsumrichter 9 eingebaut ist, kann die Lernsteuerfunktion des Sensors, der auf dem gleichen Chip als die Schaltelemente 2 gebildet sind, und eine Schutzfunktion, die ein Signal von dem obigen Sensor verwendet, mit Leichtigkeit hinzugefügt werden, wodurch es möglich wird, einen Hochfunktions-Leistungsumrichter zu konstruieren. Da die HVIC Schaltung 15 nicht perfekt elektrisch isoliert ist, wird ein elektrisches Isolationselement 17 zwischen der HVIC Schaltung 15 und einer externen Fahrzeug-Steuereinrichtung 14 für Sicherheitszwecke benötigt. Die Anzahl von Signalübertragungsleitungen kann verringert werden, indem eine allgemeine serielle Kommunikation oder ein LAM System als ein System zum Übertragen eines Signals an die externe Fahrzeug- Steuereinrichtung 14 verwendet wird. Dies trägt zu der Verringerung der Anzahl von Fahrzeugdrähten und einer Verringerung der Wahrscheinlichkeit eines Verbinderkontaktausfalls bei, was zu einer verbesserten Zuverlässigkeit führt. Ein magnetisches Kopplungselement wie ein Impulstransformator kann für das obige elektrische Isolationselement 17 verwendet werden.
In den obigen Ausführungsformen 1 und 2 wird ein allgemeiner IGBT für das Schaltelement 2 verwendet. Der gleiche Effekt kann durch Verwendung eines Leistungselements wie beispielsweise eines bipolaren Transistors oder eines MOSFET Transistors erreicht werden.
Wie voranstehend beschrieben wurde sind gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Schaltelementansteuerungs- und Schutzschaltungen und die Steuerarithmetikeinheit auf dem gleichen Substrat über die Signalübertragungseinrichtung mit einer Isolationsfunktion gebildet, und ein Leistungsumwandlungsabschnitt, der Schaltelemente und den Glättungskondensator umfasst, ist unter Verwendung des gleichen Moduls wie das Substrat konstruiert, wodurch ermöglicht wird, einen Signalübertragungsabstand und die Kapazität der Schaltung zu verringern. Infolgedessen kann die Größe des Fahrzeugleistungsumrichters verringert werden und die EMC Charakteristiken des Umrichters können verbessert werden.
Da gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung die obige Signalübertragungseinrichtung aus einer HVIC Schaltung gebildet ist, kann ein höchstzuverlässiger Leistungsumrichter in einer schwierigen Fahrzeugumgebung erhalten werden und die Verzögerung einer Schaltzeit und das Abrunden einer Wellenform kann verbessert werden, wodurch ermöglicht wird, einen Bereich mit einem breiten Tastverhältnis der PWM Steuerwellenform zu verwenden und den Steuerbereich auszuweiten.
Da gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Potentiale der Massen (GND) der Schaltelementansteuerungs- und Schutzschaltung der Steuerarithmetikeinheit, die in dem gleichen Modul gebildet ist, gleich zu den Potentialen der Massen (GND) der Schaltelemente gemacht werden, kann eine Hochspannungsschaltung integriert werden und die Größe des Leistungsumrichters kann verringert werden.

Claims (3)

1. Fahrzeugsleistungswechselrichter zum Umwandeln einer DC Energie in einer AC Energie und zum Ausgeben der AC Energie umfassend:
einen Kondensator (10) zum Glätten einer DC Energie von einer DC Quelle (1);
einen Schaltabschnitt bestehend aus drei Armen, die parallel zwischen beiden Enden der DC Energiequelle (1) geschaltet sind, wobei jeder durch ein Paar von Schaltelementen (2) gebildet ist, die in Reihe geschaltet sind;
Ansteuerungs- und Schutzschaltungen (4) zum Ansteuern und Schützen der Schaltelemente (2);
eine Steuerarithmetikeinheit (12), die eine AC Laststeuerschaltung ist; und
eine Signalübertragungseinrichtung (15), die die Funktion zum Isolieren der Ansteuerungs- und Schutzschaltungen (4) von der Steuerarithmetikschaltung (12) aufweist, zum Senden eines Signals zwischen den Ansteuerungs- und Schutzschaltungen und der Steuerarithmetikeinheit 12, wobei
die Schaltelementansteuerungs- und Schutzschaltungen (4) und die Steuerarithmetikeinheit (12) auf dem gleichen Substrat durch die Signalübertragungseinrichtung (15) gebildet sind, und ein Energieumwandlungsabschnitt, umfassend die Schaltelemente (2) und den Glättungskondensator (10), unter Verwendung des gleichen Moduls wie das Substrat konstruiert ist.
2. Fahrzeugleistungsumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragungseinrichtung (15) aus einer Hochspannungs-Halbleiterintegrationsschaltung gebildet ist.
3. Fahrzeugleistungsumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentiale der Massen (GND) der Schaltelementansteuerung- und Schutzschaltungen (4) und der Steuerarithmetikeinheit (12) gleich zu den Potentialen der Massen (GND) der Schaltelemente (2) sind.
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003509993A (ja) * 1999-09-10 2003-03-11 イントラ インターナショナル アクチボラグ 電力管理のためのインテリジェントスイッチ
JP3710673B2 (ja) * 2000-03-17 2005-10-26 三菱電機株式会社 車載用電動機制御装置
JP3610878B2 (ja) * 2000-04-28 2005-01-19 株式会社デンソー 負荷駆動回路
US6816758B2 (en) † 2001-04-26 2004-11-09 The Boeing Company Programmable controller for remotely controlling input power through a switch to a load and an associated method of operation
US6744644B2 (en) 2001-10-02 2004-06-01 Honeywell International Inc. Soft-start of DC link capacitors for power electronics and drive systems
US6747300B2 (en) * 2002-03-04 2004-06-08 Ternational Rectifier Corporation H-bridge drive utilizing a pair of high and low side MOSFETs in a common insulation housing
US6891739B2 (en) * 2002-03-04 2005-05-10 International Rectifier Corporation H-bridge with power switches and control in a single package
WO2004073065A1 (ja) * 2003-02-14 2004-08-26 Hitachi, Ltd. 半導体素子駆動用集積回路及び電力変換装置
JP4166669B2 (ja) * 2003-10-28 2008-10-15 三菱電機株式会社 車両用電力制御装置
US7880326B2 (en) * 2005-01-10 2011-02-01 Lear Corporation Integrated power module for hybrid and fuel cell vehicles
US20070171690A1 (en) * 2006-01-26 2007-07-26 Silicon Laboratories, Inc. Active diode bridge system and method
US20070170903A1 (en) * 2006-01-26 2007-07-26 Silicon Laboratories, Inc. Active diode bridge system
KR101340966B1 (ko) * 2006-05-24 2013-12-13 페어차일드코리아반도체 주식회사 3상 인버터 모듈 및 이를 이용한 모터구동장치와 인버터집적회로 패키지
JP2008017595A (ja) * 2006-07-05 2008-01-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 車両用インバータ装置
JP5061761B2 (ja) * 2006-07-12 2012-10-31 パナソニック株式会社 車両用インバータ装置
ITGE20060078A1 (it) * 2006-08-02 2008-02-03 Selin Sistemi S P A Sistema di controllo per veicoli a trazione elettrica.
JP2007288999A (ja) * 2007-08-08 2007-11-01 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
JP4939355B2 (ja) * 2007-09-28 2012-05-23 三菱重工業株式会社 車載空気調和機用インバータシステム
JP5439260B2 (ja) * 2010-04-01 2014-03-12 日立オートモティブシステムズ株式会社 インバータ装置
FR2992112B1 (fr) * 2012-06-19 2015-01-09 Valeo Systemes Thermiques Procede et systeme pour la mise en veille et le reveil d'un module de commande de vehicule automobile electrique
JP2014236530A (ja) * 2013-05-30 2014-12-15 富士電機株式会社 電力変換装置
JP6123627B2 (ja) * 2013-10-16 2017-05-10 株式会社デンソー 車両用回転電機
FR3019406B1 (fr) 2014-03-31 2017-09-01 Valeo Systemes De Controle Moteur Convertisseur de tension pour une machine electrique embarquee dans un vehicule
JP6354612B2 (ja) * 2015-02-06 2018-07-11 株式会社デンソー 集積回路
EP3467989B1 (de) 2016-05-25 2020-06-10 Mitsubishi Electric Corporation Elektronische steuerungsvorrichtung

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9018172U1 (de) * 1989-11-16 1997-11-13 Int Rectifier Corp Sperrschicht-Bipolartransistor-Leistungsmodul
US5077595A (en) * 1990-01-25 1991-12-31 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device
JPH0834709B2 (ja) * 1990-01-31 1996-03-29 株式会社日立製作所 半導体集積回路及びそれを使つた電動機制御装置
JPH0513562A (ja) * 1991-07-05 1993-01-22 Hitachi Ltd 駆動制御装置
DE4418426B4 (de) * 1993-09-08 2007-08-02 Mitsubishi Denki K.K. Halbleiterleistungsmodul und Verfahren zur Herstellung des Halbleiterleistungsmoduls
JPH0855956A (ja) * 1994-08-10 1996-02-27 Fuji Electric Co Ltd 駆動回路装置モジュール
US5699609A (en) * 1995-04-12 1997-12-23 Allen-Bradley Company, Inc. Method of making power substrate assembly
JPH0951068A (ja) * 1995-08-09 1997-02-18 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
JP3411437B2 (ja) * 1996-02-23 2003-06-03 富士電機株式会社 電力用半導体モジュール
JP3851926B2 (ja) * 1996-07-22 2006-11-29 ティーエム４・インコーポレイテッド 直流電圧を交流電圧に変換するための漂遊接続インダクタンスの低い電力用変換モジュールおよびその方法
US5905647A (en) * 1997-01-20 1999-05-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Inverter with incorporated filter circuit and improved component cooling arrangement
JP3332810B2 (ja) * 1997-07-15 2002-10-07 株式会社日立製作所 インバータ制御装置
JPH1169840A (ja) * 1997-08-22 1999-03-09 Aisin Seiki Co Ltd スイッチングアセンブリ

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Publication number Publication date
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