WO2017186436A1 - System for actively short-circuiting phases of an inverter and motor vehicle drive - Google Patents

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WO2017186436A1
WO2017186436A1 PCT/EP2017/057236 EP2017057236W WO2017186436A1 WO 2017186436 A1 WO2017186436 A1 WO 2017186436A1 EP 2017057236 W EP2017057236 W EP 2017057236W WO 2017186436 A1 WO2017186436 A1 WO 2017186436A1
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inverter
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power semiconductor
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driver circuit
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PCT/EP2017/057236
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Alexander BIRK
Manuel Schwab
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/003—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
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    • H02H7/0833—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements
    • H02H7/0838—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements with H-bridge circuit
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    • H02H7/122—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters
    • H02H7/1227—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters responsive to abnormalities in the output circuit, e.g. short circuit

Definitions

  • the invention relates to a system for actively short-circuiting phases of an inverter.
  • the invention also relates to a motor vehicle drive having an inverter for operating an electric machine of the drive, comprising such a system for actively short-circuiting the phases of the inverter.
  • an inverter has power semiconductor switches, such as MOSFETs or IGBTs, for applying an electric current having a specific frequency to the phases of the inverter.
  • the inverter On the input side, the inverter is fed with a direct current.
  • the power semiconductor switches are actuated by a driver circuit, ie in each case switched on (electrically conductive) or switched off (electrically non-conductive).
  • the gate or base terminals of the power semiconductor switches are driven by the driver circuit accordingly.
  • the driver circuit is in turn driven by a controller. This determines which and how long each of the power semiconductor switches should be actuated by the respectively associated driver of the driver circuit.
  • PSM permanent magnet synchronous machine
  • the safe state is in a synchronous machine, such as a PSM, either the active short circuit (AKS), also called short-circuit mode, or the inverter lock, also called freewheel.
  • active short circuit / short circuit mode Some or all of the phase windings of the electric machine are intentionally shorted by means of the power semiconductor switches of the inverter. This mode can be established with different switch positions of the semiconductor switches.
  • the inverter lock / freewheel a control unit of the inverter is switched off. As a result, the power semiconductor switches are brought into the open state. If the electric motor then turns (still), however, a voltage is induced in the DC link of the inverter via the diodes that are always present in the inverter or the power semiconductor switches. , This induced voltage may exceed the reverse voltage of the power semiconductor switches. This can cause a bridge short circuit and / or a defect of the affected power semiconductor switch. As a safe state, therefore, normally the active short circuit / short circuit mode is selected.
  • the power semiconductor switches of an inverter are electrically interconnected as a bridge circuit, typically as a B6 bridge circuit.
  • the power semiconductor switches then split each phase into a pair of a Higside switch and a Lowside switch.
  • power semiconductor switches are usually IGBT diode combinations or
  • the shorting mode is typically established by simultaneously closing some or all of the high side switches or alternatively some or all of the low side switches.
  • the power semiconductor switches on the opposite side remain open.
  • the active short circuit Often, only either the low side or the high side switches are used for the active short circuit, as this can be implemented very easily by hardware circuitry. However, the implementation of the active short circuit is limited to these switches. It is also known the alternating active short circuit. This switches between the low-side and high-side switches to generate the short circuit.
  • An automotive electrical drive must meet very stringent safety requirements. So it must be ensured that no inadmissible (drive or braking) torque applied to the drive axles of the motor vehicle. For this purpose, the core components and the functions of the motor vehicle drive must be constantly monitored. Upon detection of a malfunction, the safe state must be initiated and reached. As explained, for an inverter operating a synchronous machine, this is usually the active short circuit of the phases.
  • a system for active shorting of phases of an inverter is known.
  • a protective controller for requesting the active short circuit is preceded by a gate driver circuit.
  • the active short circuit is thus caused by the already existing and used in normal operation gate drive circuit.
  • the object of the invention is to improve the state of the art in this regard, in particular to provide an easy to monitor system for actively shorting phases of an inverter.
  • the inverter has power semiconductor switches for applying an electrical current to the phases, for example a PWM current. As a result, are electrically energized with the phases electrically connected phase windings of an electric motor, such as a rotating field machine.
  • a driver circuit is provided for actuating the power semiconductor switches, ie for switching on and off the power semiconductor switches.
  • the driver circuit controls in normal operation, in particular in a conventional manner to base terminals of the power semiconductor switch.
  • Basic connections are also gate connections, depending on the design of the power semiconductor switch.
  • a protection circuit is also provided in the system that causes the phases to be actively shorted to close at least some of the power semiconductor switches.
  • the protection circuit is thus executed accordingly.
  • the protective circuit is used exclusively for initiating and holding the active short circuit.
  • the switching pattern for closing the power semiconductor switches for generating the active short can be a switching pattern known per se.
  • the protection circuit directly activates the power semiconductor switches for active short-circuiting, that is not via the detour of the driver circuit.
  • the system and the protection circuit are thus executed accordingly.
  • the protection circuit is self-sufficient from the driver circuit.
  • the active short circuit is therefore produced by the protection circuit independently of the driver circuit.
  • the protection circuit does not require a functioning or electrically energized driver circuit.
  • the protection circuit can then be simple. In particular, it is designed to be electrically simpler than the driver circuit.
  • a monitoring of the driver circuit is therefore not required for the active short circuit.
  • the security monitoring of the driver Circuit can thus be omitted or simply executed. In contrast, the monitoring of the protection circuit is easy to accomplish.
  • the protective circuit is electrically contacted with base terminals of the power semiconductor switches for active short-circuiting. That the control of the base or the gate of the power semiconductor switch by the protection circuit is carried out directly and without detour via the driver circuit or similar circuits.
  • the inverter is used in particular for converting a direct current from a direct current branch into a (quasi) alternating current at the phases or into pulsed current pulses at the individual phases. Therefore, it can also be called pulse inverter.
  • the power semiconductor switches are designed, for example, as MOSFETs or IGBTs or as an IGBT diode combination.
  • the power semiconductor switches are in the normal operation of the inverter, as explained, operated by the driver circuit, that is selectively switched on or off by controlling the respective base terminal.
  • the driver circuit is in turn driven by a controller of the inverter.
  • the control unit thus determines which and how long each of the power semiconductor switches should be actuated by the respectively associated driver of the driver circuit.
  • the power semiconductor switches of the inverter are preferably interconnected as a bridge circuit, for example as a B6 bridge circuit, ie with high-side switches and low-side switches.
  • a pair of power semiconductor switches is provided per phase, namely a high-side switch and a low-side switch.
  • the inverter can be three-phase or multi-phase (more than three phases).
  • the protection circuit is designed to close some or all of the high-side switches or low-side switches associated with these phases to actively short-circuit the phases.
  • For generating the active short circuit preferably all semiconductor switches of one side are actuated. This can be done by turning all highside switches on and turning off all lowside switches, or that all lowside switches are turned on and all highside switches are turned off. If a disconnecting device is provided for the DC branch of the inverter, all the low-side as well as all high-side switches for generating the active short circuit can also be switched on. The separator then prevents shorting in the DC leg by opening or disconnecting the DC leads.
  • the active short circuit protection circuit is adapted to apply a constant voltage to the base terminals of some or all of the highside switches or lowside switches associated with those phases. The thus energized power semiconductor switches then close safely over the time required for the short circuit.
  • the system is designed to disable the driver circuit and in particular the control unit of the inverter for active short circuit.
  • This ensures that the driver circuit does not exert any influence on the active short circuit, for example due to a faulty, unwanted actuation of power semiconductor switches.
  • This deactivation can be effected, in particular, by switching off an electrical power supply of the driver circuit and / or the controller and / or by switching off all the drivers within the driver circuit and / or by switching all outputs of the driver circuit for the power semiconductor switches (ie to the base terminals the power semiconductor switch) are turned off and / or that all inputs of the driver circuit for the controller are turned off.
  • the system is adapted to disable the protection circuit when the driver circuit is (re) activated. In particular, it automatically deactivates the protection circuit when an electric power supply of the drive circuit is turned on.
  • the activation of the driver circuit is thus to be understood as a sign for a voluntary termination of the active short circuit.
  • the driver circuit is dominant over the protection circuit.
  • This activation can be effected, in particular, by switching on an electric power supply of the driver circuit and / or of the control device and / or in that all the drivers within the driver circuit are switched on and / or that all or certain outputs of the driver circuit for the power semiconductor switches (ie to the base terminals of the power semiconductor switches) are turned on and / or that all or certain inputs of the driver circuit for the controller are turned on.
  • a motor vehicle drive is also proposed.
  • the motor vehicle drive has an inverter for operating an electric motor of the motor vehicle drive at phases of the inverter.
  • the electric motor is preferably an induction machine, in particular a synchronous machine.
  • the electric machine is a PSM.
  • the electric motor can serve in particular as a traction drive, that is to say for providing a torque for driving or braking the vehicle.
  • it can serve as an actuator drive, that is to actuate an actuator of the motor vehicle drive, such as a motor vehicle assembly or another Kraftfahrzugteils.
  • the motor vehicle drive has the proposed system for actively short-circuiting the phases of the inverter. This allows the electric machine to be easily transferred to the active short circuit. A safety monitoring of the motor vehicle drive is thus simplified.
  • the proposed system works particularly preferably as follows:
  • the protection circuit for the active short circuit is activated. This applies a constant voltage to the base connectors, either the highside or Lowside switch of short-circuited phases. This initiates the active short circuit.
  • the driver circuit overrides the protection circuit.
  • the protection circuit is deactivated.
  • the driver circuit is therefore dominated by control over the protection circuit.
  • An advantage of the system is the significantly lower cost to secure the individual circuit functions and to check.
  • the entire signal path from the inverter controller to the base terminal of each power semiconductor switch must be verifiable.
  • This path includes the software and any hardware involved, such as driver ICs, power, and other active and passive electrical components.
  • the described path must not be completely secure. In the event of a fault, this is assumed to be a malfunction of the driver circuit or the controller, which is why they are disabled for safety. Only for a relatively small manageable circuit part, namely for the path from the protection circuit to the power semiconductor switches, the high secure functionality must be guaranteed and this be monitored.
  • FIG 3 shows a system with an inverter and a protection circuit.
  • the motor vehicle drive shown in FIG. 1 has an inverter 1 and an electric motor 2, in particular a synchronous machine, preferably a PSM.
  • the electric motor 2 serves as a traction drive and is therefore mechanically coupled to vehicle wheels 3, which are thus drivable by the electric motor 2.
  • E-machine 2 and the inverter 1 are exemplified three-phase, i. In the present case, they have three phases U, V, W.
  • the electric machine 2 is supplied with electrical energy by the inverter 1 via these phases U, V, W.
  • the inverter 1 accordingly has on the output side three phase connections. On the input side, the inverter 1 has two DC connections for connection to a DC line DC + and DC-.
  • the DC power lines DC +, DC- are each contacted with one pole of an electrical DC power source 4.
  • the DC power source 4 may be, for example, a traction battery or a DC generator.
  • the inverter 1 also has a control unit that controls the inverter 1 to operate the electric motor 2, ie controls or regulates.
  • the control unit may be part of the inverter 1. For this purpose, the control unit controls a driver circuit, which in turn actuates the power semiconductor switch of the inverter 1.
  • FIG. 3 shows an inverter 1, as it is preferably used in the motor vehicle drive according to FIG. 1.
  • these are a three-phase inverter for operating an electric motor 2, that is, for electrically energizing the phases U, V, W, with which the electric motor 2, in detail phase windings of the electric motor 2, coupled is.
  • power semiconductor switches 5 are interconnected to form a bridge circuit, here by way of example to a B6 bridge circuit.
  • a bridge circuit here by way of example to a B6 bridge circuit.
  • an electrical half-bridge is thus provided in a manner known per se by a pair of series-connected power semiconductor switches 5.
  • Each of the switches 5, 5A, 5B may be formed by a single or multiple semiconductor switching elements.
  • the switches S, 5A, 5B may therefore also be referred to as semiconductor valves.
  • the half bridges are connected in parallel between the two DC lines DC +, DC- of the DC line. current branch of the inverter 1 connected.
  • an intermediate circuit capacitor 6 is connected in the DC branch parallel to the half bridges between the two DC lines DC +, DC-.
  • the inverter 1 is used to convert the direct current from the direct current branch into a (quasi) alternating current at the phases U, V, W. As a result, a rotating field is generated in the machine 2, which exerts a torque on the rotor of the electric motor 2 , This can be used either to drive or to brake.
  • the inverter 1 has a driver circuit 7. This is contacted with the base terminals of the individual power semiconductor switch 5. Depending on the design of the power semiconductor switch 5 can be understood as basic connections and gate connections.
  • the driver circuit 7 contains drivers for actuating the power semiconductor switches 5, ie for opening or switching on and closing or switching off.
  • the power semiconductor switches 5 are actuated by the driver circuit 7 during normal operation of the inverter 1 and the electric motor 2, that is to say selectively switched on or off by activation of the respective base terminal.
  • the driver circuit 7 is driven by the control unit 8 of the inverter 1.
  • the control unit 8 determines which and how long each of the power semiconductor switches 5 is to be actuated by the respectively associated driver of the driver circuit 7.
  • the control unit 8 is provided with a setpoint torque and / or a setpoint speed which should be applied to the electric machine 2.
  • the control unit 8 determines therefrom the respectively required current profile in the phases U, V, W and controls the driver circuit 7 in a clocked manner, for example by PWM signals.
  • the driver circuit 7 then converts the drive signals of the controller 8 into corresponding signals for the base terminals of the power semiconductor switches 5, i. they are operated according to.
  • the safe state in the present case is an active short circuit in the phases U, V.
  • two or preferably all of the high-side switches 5A or alternatively all low-side switches 5B are optionally closed.
  • the respectively opposite or corresponding low-side / high-side switches 5B, 5A are opened.
  • the active short circuit in the involved phases U, V, W sets. This generates a certain braking torque in the electric motor 1.
  • this braking torque preferably causes a stabilization of the associated motor vehicle, in any case, no destabilization. The safe state is thus achieved.
  • the system provided for carrying out the active short-circuit has a protective circuit 9.
  • the protective circuit 9 is not dependent on the driver circuit 7. It is thus self-sufficient of the driver circuit 7.
  • the protection circuit 9 actuates the participating in the active short circuit power semiconductor switch 5 directly, ie without requirement of the driver circuit 7. It is electrically contacted with the base terminals of the power semiconductor switch 5 for the active short circuit.
  • the driver circuit 7 and the protection circuit 9 thus share the corresponding base connections.
  • the high-side switch 5A for the active short circuit can be actuated by the protection circuit 9 instead of the low-side switch 5B. Then, the protection circuit 9 is contacted with the base terminals of the high-side switches 5A, that is, not with those of the low-side switches 5B. Alternatively, the protection circuit 9 may also be connected to both the base terminals of the highside Switch 5A, as well as be contacted to the base terminals of the low-side switch 5B. Then, the protection circuit 9 may be designed to optionally the
  • Highside switch 5A or the lowside switch 5B to close.
  • the DC branch ie the DC lines DC + and DC-, also short-circuited, it is recommended here, the DC lines DC + and DC- by appropriate measures, for example, one or more additional switch to open or separate.
  • the system is designed to deactivate the driver circuit 7 for carrying out the active short circuit, for example as part of an inverter block.
  • the driver circuit 7 for carrying out the active short circuit, for example as part of an inverter block.
  • no electrical potential is applied to the base terminals of the highside switches 5A.
  • the highside switches 5A are thereby automatically opened.
  • the drivers within the driver circuit 7 and / or the outputs of the driver circuit 7 to the base terminals and / or the inputs of the driver circuit 7 to the controller 8 are particularly preferably switched off.
  • the protection circuit 9 is supplied with electrical energy by the DC branch of the inverter 1. For this purpose it is contacted with the DC cables DC + and DC-.
  • a self-sufficient power supply for the protection circuit 9 may be provided, for example in the form of its own battery or the power supply may be from the low-voltage network, for example 12, 24 or 48 V.
  • FIG. 3 shows a drive system, in particular a vehicle drive, such as that of FIG. 1. It is composed of a first plane A and a second plane B.
  • the second level B forms a monitoring function which monitors the functionality of the first level A.
  • the monitoring in the second level B can in particular take place in such a way that a comparison is made between the actual and desired values. It is also possible to carry out plausibility checks and / or activity checks. etc. in the second level B. If the second level detects an error including, for example, excessively large deviations between target values and actual values or the unwanted inactivity of components of the drive system, then the second level B may request a safe state of the drive system.
  • the first level A has a control unit 8 and a driver circuit 7. As explained in FIGS. 1 and 2, these operate by means of an inverter 1 a
  • FIG. 3 shows a galvanic separation 7A which is usually provided between the control unit 8 and the driver circuit 7. This is effected by appropriately designed and interconnected couplers 7B.
  • the second level B monitors at least the functions of the controller 8 and the driver circuit 7.
  • the second level B is also designed to monitor a system for initiating an active short circuit in the phases U, V, W of the inverter 1 and at least then to operate when a safe condition is required.
  • the system has analogous to FIG. 2, a protection circuit 9. This is thus as explained explained to FIG. 2.
  • the explanations given for this purpose therefore also apply to FIG. 3.
  • the active short circuit it actuates directly, that is to say without the driver circuit 7, the corresponding power semiconductor switches 5 of the inverter 1.
  • the first and second planes A, B will specify a desired torque Msoii by way of example.
  • the required PWM signals for the power semiconductor switches 5 of the inverter 1 are determined therefrom. Accordingly, these are then actuated by the driver circuit 7.
  • An actual torque M is t applied to the electric machine 2 is likewise determined, for example measured or calculated.
  • the functionality of the first level A is then checked, for example, by the fact that there is at least one comparison between the setpoint and actual torque M so n, M is taking place.
  • other values such as a rotational speed or an electric current or voltage, intermediate results, or states of the first-level component A may also be monitored.
  • the second level B If impermissible values, value deviations or states etc. are detected by the second level B, this will request the safe state for the inverter 1 and the electric motor 2. For this purpose, it outputs a corresponding signal for inserting the active short circuit to the protection circuit 9 (signal path "insertion of the AKS") .Simultaneously, it also requests a deactivation of the first level A by means of a corresponding signal (signal path "deactivating level A"). , The deactivation of the first level A includes a deactivation of the control unit 8 and the driver circuit 7, so an inverter lock. As a result, the driver circuit no longer applies a signal / current to the base terminals of the power semiconductor switches of the inverter 1.
  • the protection circuit 9 initiates the active short circuit, as explained above, in some or all phases U, V, W of the inverter 9.
  • the inverter lock and the active short circuit can be resolved by the protection circuit 9, for example by the second level B or by an external access.
  • the first level A is then activated again, which is accompanied by a deactivation of the protection circuit 9.

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Abstract

The invention relates to a system for actively short-circuiting phases (U, V, W) of an inverter (1), wherein the inverter (1) is provided with power semiconductor switches (5, 5A, 5B) for applying an electrical current at the phases (U, V, W), comprising a driver circuit (7) for actuating the power semiconductor switches (5, 5A, 5B), and comprising a protection circuit (9) which permits at least some of the power semiconductor switches (5, 5A, 5B) to be closed for actively short-circuiting the phases (U, V, W). In addition, the protection circuit (9) actuates the power semiconductor switches (5, 5A, 5B) for active short-circuiting in a direct manner, i.e. without detour via the driver circuit (7). The invention further relates to a motor vehicle drive comprising a system of this type.

Description

System zum aktiven Kurzschließen von Phasen  System for active short-circuiting of phases
eines Wechselrichters und Kraftfahrzeugantrieb  an inverter and motor vehicle drive
Die Erfindung betrifft ein System zum aktiven Kurzschließen von Phasen eines Wechselrichters. Die Erfindung betrifft auch einen Kraftfahrzeugantrieb mit einem Wechselrichter zum Betreiben einer E-Maschine des Antriebs, aufweisend ein solches System zum aktiven Kurzschließen der Phasen des Wechselrichters. The invention relates to a system for actively short-circuiting phases of an inverter. The invention also relates to a motor vehicle drive having an inverter for operating an electric machine of the drive, comprising such a system for actively short-circuiting the phases of the inverter.
Bekanntermaßen verfügt ein Wechselrichter über Leistungshalbleiterschalter, wie beispielsweise MOSFETs oder IGBTs, zum Anlegen eines elektrischen Stromes mit einer bestimmten Frequenz an die Phasen des Wechselrichters. Eingangsseitig wird dem Wechselrichter dazu ein Gleichstrom zugeführt. Die Leistungshalbleiterschalter werden durch eine Treiberschaltung betätigt, also jeweils eingeschaltet (elektrisch leitend) oder ausgeschaltet (elektrisch nicht-leitend). Dazu werden die Gate- bzw. Basis-Anschlüsse der Leistungshalbleiterschalter durch die Treiberschaltung entsprechend angesteuert. Die Treiberschaltung wird wiederum durch ein Steuergerät angesteuert. Dieses legt fest, welcher und wie lange jeder der Leistungshalbleiterschalter durch den jeweils zugehörigen Treiber der Treiberschaltung betätigt werden soll. Insbesondere gibt das Steuergerät PWM-Signale (PWM = pulsweitenmoduliert) an die Treiberschaltung aus, welche entsprechend die Leistungshalbleiterschalter betätigt. As is known, an inverter has power semiconductor switches, such as MOSFETs or IGBTs, for applying an electric current having a specific frequency to the phases of the inverter. On the input side, the inverter is fed with a direct current. The power semiconductor switches are actuated by a driver circuit, ie in each case switched on (electrically conductive) or switched off (electrically non-conductive). For this purpose, the gate or base terminals of the power semiconductor switches are driven by the driver circuit accordingly. The driver circuit is in turn driven by a controller. This determines which and how long each of the power semiconductor switches should be actuated by the respectively associated driver of the driver circuit. In particular, the control unit outputs PWM signals (PWM = pulse-width modulated) to the driver circuit, which correspondingly actuates the power semiconductor switches.
Eine mit einem Wechselrichter betriebene E-Maschine, wie beispielsweise eine Synchronmaschine, z.B. eine PSM (= permanent erregte Synchronmaschine), wie sie häufig als Traktionsantrieb in Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugen zum Einsatz kommt, muss als sicherheitskritisches Teilsystem im Fehlerfall einen sicheren Zustand erreichen. Dies ist in der Regel ein Betriebspunkt in dem die elektrische Maschine ein reduziertes Drehmoment erzeugt, welches das Kraftfahrzeug nicht destabilisieren kann. An inverter powered e-machine such as a synchronous machine, e.g. a PSM (= permanent magnet synchronous machine), as is often used as a traction drive in hybrid or electric vehicles, must reach a safe state as a safety-critical subsystem in case of failure. This is usually an operating point in which the electric machine generates a reduced torque that can not destabilize the motor vehicle.
Der sichere Zustand ist bei einer Synchronmaschine, wie einer PSM, wahlweise der aktive Kurzschluss (AKS), auch Kurzschlussmodus genannt, oder die Wechselrichtersperre, auch Freilauf genannt. Im aktiven Kurzschluss / Kurzschlussmodus werden einige oder alle Phasenwicklungen der E-Maschine mittels der Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters willentlich kurzgeschlossen. Dieser Modus lässt sich mit verschiedenen Schalterstellungen der Halbleiterschalter herstellen. In der Wechselrichtersperre / Freilauf wird ein Steuergerät des Wechselrichters ausgeschaltet. Dadurch werden die Leistungshalbleiterschalter in den offenen Zustand gebracht. Wenn sich die E-Maschine dann (noch) dreht wird hierbei allerdings über die im Wechselrichter bzw. den Leistungshalbleiterschaltern immer vorhandenen Dioden eine Spannung in den Zwischenkreis des Wechselrichters induziert. . Diese induzierte Spannung kann die Sperrspannung der Leistungshalbleiterschalter überschreiten. Dies kann einen Brückenkurzschluss und/oder ein Defekt des betroffenen Leistungshalbleiterschalters bewirken. Als sicherer Zustand wird daher normalerweise der aktive Kurzschluss / Kurzschlussmodus gewählt. The safe state is in a synchronous machine, such as a PSM, either the active short circuit (AKS), also called short-circuit mode, or the inverter lock, also called freewheel. In active short circuit / short circuit mode Some or all of the phase windings of the electric machine are intentionally shorted by means of the power semiconductor switches of the inverter. This mode can be established with different switch positions of the semiconductor switches. In the inverter lock / freewheel, a control unit of the inverter is switched off. As a result, the power semiconductor switches are brought into the open state. If the electric motor then turns (still), however, a voltage is induced in the DC link of the inverter via the diodes that are always present in the inverter or the power semiconductor switches. , This induced voltage may exceed the reverse voltage of the power semiconductor switches. This can cause a bridge short circuit and / or a defect of the affected power semiconductor switch. As a safe state, therefore, normally the active short circuit / short circuit mode is selected.
In der Regel sind die Leistungshalbleiterschalter eines Wechselrichters als Brückenschaltung miteinander elektrisch verschaltet, typischerweise als B6- Brückenschaltung. Die Leistungshalbleiterschalter teilen sich dann je Phase in ein Paar aus einem Higside-Schalter und einem Lowside-Schalter auf. Als Leistungshalbleiterschalter kommen normalerweise IGBT-Dioden-Kombinationen oder As a rule, the power semiconductor switches of an inverter are electrically interconnected as a bridge circuit, typically as a B6 bridge circuit. The power semiconductor switches then split each phase into a pair of a Higside switch and a Lowside switch. As power semiconductor switches are usually IGBT diode combinations or
MOSFETs zum Einsatz. Der Kurzschlussmodus wird typischerweise über das gleichzeitige Schließen einiger oder aller Highside-Schalter oder alternativ einiger oder aller Lowside-Schalter hergestellt. Die Leistungshalbleiterschalter der jeweils gegenüberliegenden Seite bleiben geöffnet. Wenn die Highside- bzw. Lowside-Schalter aller Phasen geschlossen sind, wird bei einem dreiphasigen Wechselrichter von einem dreiphasigen Kurzschlussmodus oder bei einem mehrphasigen Wechselrichter von einem vollphasigen Kurzschlussmodus gesprochen. MOSFETs are used. The shorting mode is typically established by simultaneously closing some or all of the high side switches or alternatively some or all of the low side switches. The power semiconductor switches on the opposite side remain open. When the highside or lowside switches of all phases are closed, in a three-phase inverter, a three-phase short-circuit mode or, in the case of a polyphase inverter, a full-phase short-circuit mode is used.
Oft werden ausschließlich entweder die Lowside- oder die Highside-Schalter für den aktiven Kurzschluss verwendet, da sich dies sehr leicht per Hardwareschaltung umsetzen lässt. Dann ist die Durchführung des aktiven Kurzschlusses allerdings auf diese Schalter beschränkt. Es ist auch der wechselnde aktive Kurzschluss bekannt. Hierbei wird zwischen den Lowside- und Highside-Schaltern zur Erzeugung des Kurzschlusses gewechselt. Ein elektrischer Kraftfahrzeugantrieb muss sehr strengen Sicherheitserfordernissen genügen. So muss sichergestellt werden, dass kein unzulässiges (Antriebs- oder Brems-)Drehmoment an den Antriebsachsen des Kraftfahrzeugs anliegt. Dazu müssen die Kernkomponenten und die Funktionen des Kraftfahrzeugantriebs ständig überwacht werden. Beim Erkennen einer Fehlfunktion, muss der sichere Zustand eingeleitet und erreicht werden. Wie erläutert ist dies bei einem Wechselrichter, der eine Synchronmaschine betreibt, meist der aktive Kurzschluss der Phasen. Often, only either the low side or the high side switches are used for the active short circuit, as this can be implemented very easily by hardware circuitry. However, the implementation of the active short circuit is limited to these switches. It is also known the alternating active short circuit. This switches between the low-side and high-side switches to generate the short circuit. An automotive electrical drive must meet very stringent safety requirements. So it must be ensured that no inadmissible (drive or braking) torque applied to the drive axles of the motor vehicle. For this purpose, the core components and the functions of the motor vehicle drive must be constantly monitored. Upon detection of a malfunction, the safe state must be initiated and reached. As explained, for an inverter operating a synchronous machine, this is usually the active short circuit of the phases.
Aus der DE 10 2008 026 549 A1 ist ein System zum aktiven Kurzschließen von Phasen eines Wechselrichters bekannt. Dabei ist ein Schutzcontroller zum Anfordern des aktiven Kurzschlusses durch eine Gatetreiberschaltung vorgeschaltet. Der aktive Kurzschluss wird also durch die ohnehin vorhandene und im normalen Betrieb genutzte Gatetreiberschaltung bewirkt. From DE 10 2008 026 549 A1 a system for active shorting of phases of an inverter is known. In this case, a protective controller for requesting the active short circuit is preceded by a gate driver circuit. The active short circuit is thus caused by the already existing and used in normal operation gate drive circuit.
Bekannt ist es auch, zum aktiven Kurzschließen das Steuergerät des Wechselrichters zu deaktivieren und den aktiven Kurzschluss über Pull-up- und Pull-down- Widerstände in Ansteuerleitungen der Treiberschaltung herzustellen. Auch hier wird also der aktive Kurzschluss durch die vorhandene Treiberschaltung bewirkt It is also known to deactivate the controller of the inverter for active short-circuiting and to establish the active short circuit via pull-up and pull-down resistors in drive lines of the driver circuit. Again, therefore, the active short circuit is caused by the existing driver circuit
Bei diesen Systemen besteht das Problem, dass die Treiberschaltung selbst sowie die elektrische Versorgung der Treiberschaltung zur Durchführung einer sicherheitskritischen Funktion, nämlich den aktiven Kurzschluss, genutzt wird. Diese müssen daher überwacht und durch Sicherheitsfunktionen berücksichtigt werden. In these systems, there is the problem that the driver circuit itself and the electrical supply of the driver circuit for performing a safety-critical function, namely the active short circuit, is used. These must therefore be monitored and taken into account by safety functions.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik in dieser Hinsicht zu verbessern, insbesondere ein einfach zu überwachendes System zum aktiven Kurzschließen von Phasen eines Wechselrichters bereitzustellen. The object of the invention is to improve the state of the art in this regard, in particular to provide an easy to monitor system for actively shorting phases of an inverter.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Hautpansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen entnehmbar. Somit wird ein System zum aktiven Kurzschließen von Phasen eines Wechselrichters vorgeschlagen, sowie ein Kraftfahrzeugantrieb mit einem Wechselrichter und einem solchen System. This task is solved by the features of the skin spokes. Preferred embodiments are the dependent claims. Thus, a system is proposed for actively shorting phases of an inverter, as well as a motor vehicle drive with an inverter and such a system.
Der Wechselrichter verfügt über Leistungshalbleiterschalter zum Anlegen eines elektrischen Stromes an die Phasen, beispielsweise eines PWM-Stromes. Dadurch sind mit den Phasen elektrisch verbundene Phasenwicklungen einer E-Maschine, wie einer Drehfeldmaschine, elektrisch bestrombar. Es ist außerdem eine Treiberschaltung vorgesehen, zum Betätigen der Leistungshalbleiterschalter, also zum Anschalten und Ausschalten der Leistungshalbleiterschalter. Hierzu steuert die Treiberschaltung im Normalbetrieb insbesondere in an sich bekannter Weise Basis- Anschlüsse der Leistungshalbleiterschalter an. Unter Basis-Anschlüsse sind auch Gate-Anschlüsse zu verstehen, je nach Bauart der Leistungshalbleiterschalter. The inverter has power semiconductor switches for applying an electrical current to the phases, for example a PWM current. As a result, are electrically energized with the phases electrically connected phase windings of an electric motor, such as a rotating field machine. In addition, a driver circuit is provided for actuating the power semiconductor switches, ie for switching on and off the power semiconductor switches. For this purpose, the driver circuit controls in normal operation, in particular in a conventional manner to base terminals of the power semiconductor switch. Basic connections are also gate connections, depending on the design of the power semiconductor switch.
In dem System ist auch eine Schutzschaltung vorgesehen, die zum aktiven Kurzschließen der Phasen veranlasst, dass zumindest einige der Leistungshalbleiterschalter geschlossen werden. Die Schutzschaltung ist also dementsprechend ausgeführt. Die Schutzschaltung dient insbesondere ausschließlich zum Einleiten und Halten des aktiven Kurzschlusses. Das Schaltmuster zum Schließen der Leistungshalbleiterschalter zur Erzeugung des aktiven Kurzschlusses kann ein an sich bekanntes Schaltmuster sein. A protection circuit is also provided in the system that causes the phases to be actively shorted to close at least some of the power semiconductor switches. The protection circuit is thus executed accordingly. The protective circuit is used exclusively for initiating and holding the active short circuit. The switching pattern for closing the power semiconductor switches for generating the active short can be a switching pattern known per se.
Es ist nun vorgesehen, dass die Schutzschaltung die Leistungshalbleiterschalter zum aktiven Kurzschließen direkt betätigt, also nicht über den Umweg der Treiberschaltung. Das System und die Schutzschaltung sind also dementsprechend ausgeführt. Somit ist die Schutzschaltung autark von der Treiberschaltung. Der aktive Kurz- schluss wird also durch die Schutzschaltung unabhängig von der Treiberschaltung hergestellt. Somit erfordert die Schutzschaltung keine funktionierende bzw. eingeschaltete bzw. elektrisch bestromte Treiberschaltung. Die Schutzschaltung kann dann einfach ausgeführt sein. Insbesondere ist sie elektrisch einfacher aufgebaut als die Treiberschaltung. Eine Überwachung der Treiberschaltung ist für den aktiven Kurzschlusses somit nicht erforderlich. Die Sicherheitsüberwachung der Treiber- Schaltung kann somit entfallen oder einfach ausgeführt sein. Demgegenüber ist die Überwachung der Schutzschaltung einfach zu bewerkstelligen. It is now provided that the protection circuit directly activates the power semiconductor switches for active short-circuiting, that is not via the detour of the driver circuit. The system and the protection circuit are thus executed accordingly. Thus, the protection circuit is self-sufficient from the driver circuit. The active short circuit is therefore produced by the protection circuit independently of the driver circuit. Thus, the protection circuit does not require a functioning or electrically energized driver circuit. The protection circuit can then be simple. In particular, it is designed to be electrically simpler than the driver circuit. A monitoring of the driver circuit is therefore not required for the active short circuit. The security monitoring of the driver Circuit can thus be omitted or simply executed. In contrast, the monitoring of the protection circuit is easy to accomplish.
Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schutzschaltung mit Basis-Anschlüssen der Leistungshalbleiterschalter zum aktiven Kurzschließen elektrisch kontaktiert ist. D.h. die Ansteuerung der Basis bzw. des Gates der Leistungshalbleiterschalter durch die Schutzschaltung erfolgt direkt und ohne Umweg über die Treiberschaltung oder ähnliche Schaltungen. For this purpose, it is preferably provided that the protective circuit is electrically contacted with base terminals of the power semiconductor switches for active short-circuiting. That the control of the base or the gate of the power semiconductor switch by the protection circuit is carried out directly and without detour via the driver circuit or similar circuits.
Der Wechselrichter dient insbesondere zur Umwandlung eines Gleichstromes aus einem Gleichstromzweig in einen (quasi) Wechselstrom an den Phasen bzw. in getaktete Stromimpulse an den einzelnen Phasen. Daher kann er auch Pulswechselrichter genannt werden. Die Leistungshalbleiterschalter sind beispielsweise als MOSFETs oder IGBTs bzw. als IGBT-Dioden-Kombination ausgeführt. Die Leistungshalbleiterschalter werden im Normalbetrieb des Wechselrichters, wie erläutert, durch die Treiberschaltung betätigt, also durch Ansteuerung des jeweiligen Basis- Anschlusses gezielt eingeschaltet oder ausgeschaltet. Die Treiberschaltung wird wiederum durch ein Steuergerät des Wechselrichters angesteuert. Das Steuergerät legt also fest, welcher und wie lange jeder der Leistungshalbleiterschalter durch den jeweils zugehörigen Treiber der Treiberschaltung betätigt werden soll. The inverter is used in particular for converting a direct current from a direct current branch into a (quasi) alternating current at the phases or into pulsed current pulses at the individual phases. Therefore, it can also be called pulse inverter. The power semiconductor switches are designed, for example, as MOSFETs or IGBTs or as an IGBT diode combination. The power semiconductor switches are in the normal operation of the inverter, as explained, operated by the driver circuit, that is selectively switched on or off by controlling the respective base terminal. The driver circuit is in turn driven by a controller of the inverter. The control unit thus determines which and how long each of the power semiconductor switches should be actuated by the respectively associated driver of the driver circuit.
Die Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters sind bevorzugt als Brückenschaltung miteinander verschaltet, beispielsweise als B6-Brückenschaltung, also mit Highside-Schaltern und Lowside-Schaltern. Insbesondere ist demnach je Phase ein Paar von Leistungshalbleiterschaltern vorgesehen, nämlich ein Highside-Schalter und ein Lowside-Schalter. Der Wechselrichter kann dreiphasig sein oder mehrphasig (mehr als drei Phasen). The power semiconductor switches of the inverter are preferably interconnected as a bridge circuit, for example as a B6 bridge circuit, ie with high-side switches and low-side switches. In particular, therefore, a pair of power semiconductor switches is provided per phase, namely a high-side switch and a low-side switch. The inverter can be three-phase or multi-phase (more than three phases).
Die Schutzschaltung ist dazu ausgeführt, zum aktiven Kurzschließen der Phasen einige oder alle der diesen Phasen zugehörigen Highside-Schaltern oder Lowside- Schaltern zu schließen. Zur Erzeugung des aktiven Kurzschlusses werden bevorzugt alle Halbleiterschalter einer Seite betätigt. Dies kann in der Form erfolgen, dass alle Highside-Schalter eingeschaltet und alle Lowside-Schalter ausgeschaltet werden, oder dass alle Lowside-Schalter eingeschaltet und alle Highside-Schalter ausgeschaltet werden. Wenn eine Trennvorrichtung für den Gleichstromzweig des Wechselrichters vorgesehen ist, können auch sowohl alle Lowsäde-, als auch alle Highside- Schalter zur Erzeugung des aktiven Kurzschlusses eingeschaltet werden. Die Trennvorrichtung verhindert dann ein Kurzschließen in dem Gleichstromzweig, indem es die Gleichstromleitungen öffnet bzw. trennt. The protection circuit is designed to close some or all of the high-side switches or low-side switches associated with these phases to actively short-circuit the phases. For generating the active short circuit, preferably all semiconductor switches of one side are actuated. This can be done by turning all highside switches on and turning off all lowside switches, or that all lowside switches are turned on and all highside switches are turned off. If a disconnecting device is provided for the DC branch of the inverter, all the low-side as well as all high-side switches for generating the active short circuit can also be switched on. The separator then prevents shorting in the DC leg by opening or disconnecting the DC leads.
Bevorzugt ist die Schutzschaltung zum aktiven Kurzschließen der Phasen dazu ausgeführt, eine konstante Spannung an die Basis-Anschlüsse einiger oder alle der diesen Phasen zugehörigen Highside-Schaltern oder Lowside-Schaltern anzulegen. Die so bestromten Leistungshalbleiterschalter schließen dann sicher über die für den Kurzschluss erforderliche Zeitdauer. Preferably, the active short circuit protection circuit is adapted to apply a constant voltage to the base terminals of some or all of the highside switches or lowside switches associated with those phases. The thus energized power semiconductor switches then close safely over the time required for the short circuit.
Bevorzugt ist das System dazu ausgeführt, die Treiberschaltung und insbesondere auch das Steuergerät des Wechselrichters zum aktiven Kurzschluss zu deaktivieren. Somit wird sichergestellt, dass die Treiberschaltung keinen Einfluss auf den aktiven Kurzschluss ausübt, beispielsweise durch eine fehlerhafte, ungewollte Betätigung von Leistungshalbleiterschaltern. Diese Deaktivierung kann insbesondere dadurch bewirkt werden, dass eine elektrische Energieversorgung der Treiberschaltung und/oder des Steuergeräts ausgeschaltet wird und/oder dass alle Treiber innerhalb der Treiberschaltung ausgeschaltet werden und/oder dass alle Ausgänge der Treiberschaltung für die Leistungshalbleiterschalter (also zu den Basis-Anschlüssen der Leistungshalbleiterschalter) ausgeschaltet werden und/oder dass alle Eingänge der Treiberschaltung für das Steuergerät ausgeschaltet werden. Preferably, the system is designed to disable the driver circuit and in particular the control unit of the inverter for active short circuit. This ensures that the driver circuit does not exert any influence on the active short circuit, for example due to a faulty, unwanted actuation of power semiconductor switches. This deactivation can be effected, in particular, by switching off an electrical power supply of the driver circuit and / or the controller and / or by switching off all the drivers within the driver circuit and / or by switching all outputs of the driver circuit for the power semiconductor switches (ie to the base terminals the power semiconductor switch) are turned off and / or that all inputs of the driver circuit for the controller are turned off.
Bevorzugt ist das System dazu ausgeführt, die Schutzschaltung zu deaktivieren, wenn die Treiberschaltung (wieder) aktiviert wird. Insbesondere deaktiviert es die Schutzschaltung automatisch, wenn eine elektrische Energieversorgung der Treiberschaltung eingeschaltet wird. Die Aktivierung der Treiberschaltung ist somit als Zeichen für eine willentliche Beendigung des aktiven Kurzschlusses zu verstehen. Somit ist die Treiberschaltung gegenüber der Schutzschaltung dominant. Dieses Aktivierung kann insbesondere dadurch bewirkt werden, dass eine elektrische Energieversorgung der Treiberschaltung und/oder des Steuergeräts eingeschaltet wird und/oder dass alle Treiber innerhalb der Treiberschaltung eingeschaltet werden und/oder dass alle oder bestimmte Ausgänge der Treiberschaltung für die Leistungshalbleiterschalter (also zu den Basis-Anschlüssen der Leistungshalbleiterschalter) eingeschaltet werden und/oder dass alle oder bestimmte Eingänge der Treiberschaltung für das Steuergerät eingeschaltet werden. Preferably, the system is adapted to disable the protection circuit when the driver circuit is (re) activated. In particular, it automatically deactivates the protection circuit when an electric power supply of the drive circuit is turned on. The activation of the driver circuit is thus to be understood as a sign for a voluntary termination of the active short circuit. Thus, the driver circuit is dominant over the protection circuit. This activation can be effected, in particular, by switching on an electric power supply of the driver circuit and / or of the control device and / or in that all the drivers within the driver circuit are switched on and / or that all or certain outputs of the driver circuit for the power semiconductor switches (ie to the base terminals of the power semiconductor switches) are turned on and / or that all or certain inputs of the driver circuit for the controller are turned on.
Wie oben erwähnt wird außerdem ein Kraftfahrzeugantrieb vorgeschlagen. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Kraftfahrzeugantriebsystem handeln. Der Kraftfahrzeugantrieb weist einen Wechselrichter zum Betreiben einer E-Maschine des Kraftfahrzeugantriebs an Phasen des Wechselrichters auf. Bei der E-Maschine handelt es sich bevorzugt um eine Drehfeldmaschine, insbesondere um eine Synchronmaschine. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der E-Maschine um eine PSM. Die E-Maschine kann insbesondere als Traktionsantrieb dienen, also zur Bereitstellung eines Drehmoments zum Antrieb- oder Abbremsen des Fahrzeugs. Alternativ kann sie als Aktorantrieb dienen, also zur Betätigung eines Aktors des Kraftfahrzeugantriebs, wie eines Kraftfahrzeugaggregats oder eines anderen Kraftfahrzugteils. Der Kraftfahrzeugantrieb verfügt über das vorgeschlagene System zum aktiven Kurzschließen der Phasen des Wechselrichters. Dadurch kann die E-Maschine einfach in den aktiven Kurzschluss überführt werden. Eine Sicherheitsüberwachung des Kraftfahrzeugantriebs ist somit vereinfacht. As mentioned above, a motor vehicle drive is also proposed. This may in particular be a motor vehicle drive system. The motor vehicle drive has an inverter for operating an electric motor of the motor vehicle drive at phases of the inverter. The electric motor is preferably an induction machine, in particular a synchronous machine. Particularly preferably, the electric machine is a PSM. The electric motor can serve in particular as a traction drive, that is to say for providing a torque for driving or braking the vehicle. Alternatively, it can serve as an actuator drive, that is to actuate an actuator of the motor vehicle drive, such as a motor vehicle assembly or another Kraftfahrzugteils. The motor vehicle drive has the proposed system for actively short-circuiting the phases of the inverter. This allows the electric machine to be easily transferred to the active short circuit. A safety monitoring of the motor vehicle drive is thus simplified.
Das vorgeschlagene System arbeitet besonders bevorzugt wie folgt: The proposed system works particularly preferably as follows:
• Sobald eine Überwachungsfunktion eine erhöhte Abweichung der E-Maschine zwischen einem Soll-Wert und einem Ist-Wert, wie insbesondere eines von der E-Maschine abgegebenen Drehmoments, feststellt oder sobald sie eine andere Schutzzielverletzung feststellt, werden die Treiberstromversorgung und die einzelnen Treiber der Treiberschaltung deaktiviert. Zudem wird eine Wechselrichtersperre auf einer Niedervoltseite gestellt. Die Basis-Anschlüsse der Leistungshalbleiterschalter werden durch die Treiberschaltung dann nicht mehr bestromt.  • As soon as a monitoring function detects an increased deviation of the electric motor between a set value and an actual value, in particular a torque delivered by the electric motor, or if it detects another protection target infringement, the driver power supply and the individual drivers of the Driver circuit disabled. In addition, an inverter block is placed on a low-voltage side. The base terminals of the power semiconductor switches are then no longer energized by the driver circuit.
• Die Schutzschaltung für den aktiven Kurzschluss wird aktiviert. Diese legt eine konstante Spannung an die Basis-Anschlüsse wahlweise der Highside- oder Lowside-Schalter der kurzzuschließenden Phasen an. Dadurch wird der aktive Kurzschluss eingeleitet. • The protection circuit for the active short circuit is activated. This applies a constant voltage to the base connectors, either the highside or Lowside switch of short-circuited phases. This initiates the active short circuit.
• Sobald die Treiberstromversorgung wieder aktiviert wird, überstimmt die Treiberschaltung die Schutzschaltung. Die Schutzschaltung wird deaktiviert. Die Treiberschaltung ist also ansteuerdominant gegen über der Schutzschaltung.  • As soon as the driver power supply is reactivated, the driver circuit overrides the protection circuit. The protection circuit is deactivated. The driver circuit is therefore dominated by control over the protection circuit.
Vorteilhaft an dem System ist der wesentlich geringere Aufwand, die einzelnen Schaltungsfunktionen abzusichern und zu überprüfen. Im Stand der Technik muss der gesamte Signalpfad vom Wechselrichtersteuergerät bis zum Basis-Anschluss jedes Leistungshalbleiterschalters überprüfbar sein. Dieser Pfad beinhaltet die Software und jegliche beteiligte Hardware, wie beispielsweise Treiber-ICs, Spannungsversorgung und weitere aktive und passive elektrische Bauelemente. Bei dem vorgeschlagenen System muss der beschriebene Pfad in Gänze nicht sicher sein. Im Fehlerfall wird hierbei von einer Fehlfunktion der Treiberschaltung oder des Steuergeräts ausgegangen, weshalb diese sicherheitshalber deaktiviert werden. Lediglich für einen relativ kleinen überschaubaren Schaltungsteil, nämlich für den Pfad von der Schutzschaltung zu den Leistungshalbleiterschaltern, muss die hohe sichere Funktionalität gewährleistet werden und dieser überwacht werden. An advantage of the system is the significantly lower cost to secure the individual circuit functions and to check. In the prior art, the entire signal path from the inverter controller to the base terminal of each power semiconductor switch must be verifiable. This path includes the software and any hardware involved, such as driver ICs, power, and other active and passive electrical components. In the proposed system, the described path must not be completely secure. In the event of a fault, this is assumed to be a malfunction of the driver circuit or the controller, which is why they are disabled for safety. Only for a relatively small manageable circuit part, namely for the path from the protection circuit to the power semiconductor switches, the high secure functionality must be guaranteed and this be monitored.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung entnehmbar sind. Die Figuren zeigen in schematischer Darstellung: In the following the invention will be explained in more detail with reference to figures, from which further preferred embodiments and features of the invention can be removed. The figures show in a schematic representation:
Fig. 1 ein Kraftfahrzeugantrteb, 1 is a Kraftfahrzeugantrteb,
Fig. 2 ein Wechselrichter und einer Schutzschaltung,  2 shows an inverter and a protective circuit,
Fig. 3 ein System mit einem Wechselrichter und einer Schutzschaltung.  3 shows a system with an inverter and a protection circuit.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, identical or functionally identical components are provided with the same reference numerals.
Der in Fig. 1 gezeigte Kraftfahrzeugantrieb verfügt über einen Wechselrichter 1 und eine E-Maschine 2, wie insbesondere eine Synchronmaschine, bevorzugt eine PSM. Die E-Maschine 2 dient als Traktionsantrieb und ist daher mit Fahrzeugrädern 3 mechanisch gekoppelt, die somit von der E-Maschine 2 antreibbar sind. Die The motor vehicle drive shown in FIG. 1 has an inverter 1 and an electric motor 2, in particular a synchronous machine, preferably a PSM. The electric motor 2 serves as a traction drive and is therefore mechanically coupled to vehicle wheels 3, which are thus drivable by the electric motor 2. The
E-Maschine 2 und der Wechselrichter 1 sind beispielhaft dreiphasig ausgeführt, d.h. sie verfügen vorliegend über drei Phasen U, V, W. Über diese Phasen U, V, W wird die E-Maschine 2 vom Wechselrichter 1 zum Betreiben mit elektrischer Energie versorgt. E-machine 2 and the inverter 1 are exemplified three-phase, i. In the present case, they have three phases U, V, W. The electric machine 2 is supplied with electrical energy by the inverter 1 via these phases U, V, W.
Der Wechselrichter 1 verfügt demnach ausgangsseitig über drei Phasenanschlüsse. Eingangsseitig verfügt der Wechselrichter 1 über zwei Gleichstromanschlüsse zum Anschluss an je eine Gleichstromleitung DC+ und DC-. Die Gleichstromleitungen DC+, DC- sind mit je einem Pol einer elektrischen Gleichstromquelle 4 kontaktiert. Bei der Gleichstromquelle 4 kann es sich beispielsweise um eine Traktionsbatterie oder einen Gleichstromgenerator handeln. Der Wechselrichter 1 verfügt auch über ein Steuergerät, das den Wechselrichter 1 zum Betrieb der E-Maschine 2 ansteuert, also steuert oder regelt. Das Steuergerät kann Teil des Wechselrichters 1 sein. Das Steuergerät steuert hierzu eine Treiberschaltung an, welche wiederum Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters 1 betätigt. The inverter 1 accordingly has on the output side three phase connections. On the input side, the inverter 1 has two DC connections for connection to a DC line DC + and DC-. The DC power lines DC +, DC- are each contacted with one pole of an electrical DC power source 4. The DC power source 4 may be, for example, a traction battery or a DC generator. The inverter 1 also has a control unit that controls the inverter 1 to operate the electric motor 2, ie controls or regulates. The control unit may be part of the inverter 1. For this purpose, the control unit controls a driver circuit, which in turn actuates the power semiconductor switch of the inverter 1.
Fig. 3 zeigt einen Wechselrichter 1 , wie er bevorzugt in dem Kraftfahrzeugantrieb gemäß Fig. 1 eingesetzt ist. Hierbei handelt es sich beispielhaft um einen Drei- Phasen-Wechselrichter zum Betreiben einer E-Maschine 2, also zum elektrischen Bestromen der Phasen U, V, W, mit welchen die E-Maschine 2, im Detail Phasenwicklungen der E-Maschine 2, gekoppelt ist. FIG. 3 shows an inverter 1, as it is preferably used in the motor vehicle drive according to FIG. 1. By way of example, these are a three-phase inverter for operating an electric motor 2, that is, for electrically energizing the phases U, V, W, with which the electric motor 2, in detail phase windings of the electric motor 2, coupled is.
In dem Wechselrichter 1 sind Leistungshalbleiterschalter 5 zu einer Brückenschaltung miteinander verschaltet, hier beispielhaft zu einer B6-Brückenschaltung. Je Phase U, V, W ist somit in an sich bekannter Weise eine elektrische Halbbrücke durch ein Paar von in Serie geschalteter Leistungshalbleiterschalter 5 vorgesehen. Je Phase ist damit genau ein Highside-Schalter 5A und genau ein Lowside- Schalter 5B vorgesehen. Jeder der Schalter 5, 5A, 5B kann durch ein einzelnes oder mehrere Halbleiterschaltelemente gebildet werden. Die Schalter s, 5A, 5B können daher jeweils auch als Halbleiterventil bezeichnet werden. Die Halbbrücken sind parallel zueinander zwischen die zwei Gleichstromleitungen DC+, DC- des Gleich- stromzweiges des Wechselrichters 1 geschaltet. Darüber hinaus ist ein Zwischen- kreiskondensator 6 in dem Gleichstromzweig parallel zu den Halbbrücken zwischen die zwei Gleichstromleitungen DC+, DC- geschaltet. In the inverter 1, power semiconductor switches 5 are interconnected to form a bridge circuit, here by way of example to a B6 bridge circuit. For each phase U, V, W, an electrical half-bridge is thus provided in a manner known per se by a pair of series-connected power semiconductor switches 5. For each phase exactly one high-side switch 5A and exactly one low-side switch 5B are provided. Each of the switches 5, 5A, 5B may be formed by a single or multiple semiconductor switching elements. The switches S, 5A, 5B may therefore also be referred to as semiconductor valves. The half bridges are connected in parallel between the two DC lines DC +, DC- of the DC line. current branch of the inverter 1 connected. In addition, an intermediate circuit capacitor 6 is connected in the DC branch parallel to the half bridges between the two DC lines DC +, DC-.
Der Wechselrichter 1 dient zur Umwandlung des Gleichstromes aus dem Gleichstromzweig in einen (quasi) Wechselstrom an den Phasen U, V, W. Dadurch wird in der E- aschine 2 ein Drehfeld erzeugt, das ein Drehmoment auf den Rotor der E-Maschine 2 ausübt. Dieses kann entweder zum Antrieb oder zum Abbremsen genutzt werden. The inverter 1 is used to convert the direct current from the direct current branch into a (quasi) alternating current at the phases U, V, W. As a result, a rotating field is generated in the machine 2, which exerts a torque on the rotor of the electric motor 2 , This can be used either to drive or to brake.
Der Wechselrichter 1 verfügt über eine Treiberschaltung 7. Diese ist mit den Basis- Anschlüssen der einzelnen Leistungshalbleiterschalter 5 kontaktiert. Je nach Bauart der Leistungshalbleiterschalter 5 können als Basis-Anschlüsse auch Gate- Anschlüsse verstanden werden. Die Treiberschaltung 7 enthält Treiber zum Betätigen der Leistungshalbleiterschalter 5, also zum Öffnen bzw. Einschalten und Schließen bzw. Ausschalten. Die Leistungshalbleiterschalter 5 werden im Normalbetrieb des Wechselrichters 1 und der E-Maschine 2 durch die Treiberschaltung 7 betätigt, also durch Ansteuerung des jeweiligen Basis-Anschlusses gezielt eingeschaltet oder ausgeschaltet. The inverter 1 has a driver circuit 7. This is contacted with the base terminals of the individual power semiconductor switch 5. Depending on the design of the power semiconductor switch 5 can be understood as basic connections and gate connections. The driver circuit 7 contains drivers for actuating the power semiconductor switches 5, ie for opening or switching on and closing or switching off. The power semiconductor switches 5 are actuated by the driver circuit 7 during normal operation of the inverter 1 and the electric motor 2, that is to say selectively switched on or off by activation of the respective base terminal.
Die Treiberschaltung 7 wird durch das Steuergerät 8 des Wechselrichters 1 angesteuert. Das Steuergerät 8 legt fest, welcher und wie lange jeder der Leistungshalbleiterschalter 5 durch den jeweils zugehörigen Treiber der Treiberschaltung 7 betätigt werden soll. Beispielsweise wird dem Steuergerät 8 ein Soll-Drehmoment und/oder eine Soll-Drehzahl zur Verfügung gestellt, welche an der E-Maschine 2 anliegen sollen. Das Steuergerät 8 ermittelt hieraus den jeweils erforderlichen Stromverlauf in den Phasen U, V, W und steuert die Treiberschaltung 7 entsprechend getaktet an, beispielsweise durch PWM-Signale. Die Treiberschaltung 7 setzt die Ansteuersignale des Steuergeräts 8 sodann in entsprechende Signale für die Basis-Anschlüsse der Leistungshalbleiterschalter 5 um, d.h. sie werden entsprechen betätigt. The driver circuit 7 is driven by the control unit 8 of the inverter 1. The control unit 8 determines which and how long each of the power semiconductor switches 5 is to be actuated by the respectively associated driver of the driver circuit 7. For example, the control unit 8 is provided with a setpoint torque and / or a setpoint speed which should be applied to the electric machine 2. The control unit 8 determines therefrom the respectively required current profile in the phases U, V, W and controls the driver circuit 7 in a clocked manner, for example by PWM signals. The driver circuit 7 then converts the drive signals of the controller 8 into corresponding signals for the base terminals of the power semiconductor switches 5, i. they are operated according to.
Im Fehlerfall kann es nun erforderlich sein, einen definierten sicheren Zustand in dem Wechselrichter 1 und der E-Maschine 2 herzustellen, beispielsweise wenn ein oder mehrere Ist-Werte an dem Wechselrichter 1 und/oder der E-Maschine 2 unzulässig stark von entsprechenden Soll-Werten abweichen, beispielsweise Werte für ein Drehmoment der E-Maschine 2. Der sichere Zustand ist vorliegend ein aktiver Kurzschluss in den Phasen U, V, W. Dazu werden wahlweise zwei oder bevorzugt alle der Highside-Schalter 5A oder alternativ alle Lowside-Schalter 5B geschlossen. Die jeweils gegenüberliegenden bzw. korrespondierenden Lowside-/Highside- Schalter 5B, 5A werden geöffnet. Dadurch stellt sich der aktive Kurzschluss in den daran beteiligten Phasen U, V, W ein. Dieser generiert ein gewisses Bremsmoment in der E-Maschine 1 . Bei Verwendung in einem Kraftfahrzeugantrieb bewirkt dieses Bremsmoment bevorzugt eine Stabilisierung des zugehörigen Kraftfahrzeugs, in jedem Fall jedoch keine Destabilisierung. Der sichere Zustand ist somit erreicht. In the event of a fault, it may now be necessary to establish a defined safe state in the inverter 1 and the electric machine 2, for example when an or several actual values on the inverter 1 and / or the electric motor 2 deviate unacceptably from corresponding desired values, for example values for a torque of the electric motor 2. The safe state in the present case is an active short circuit in the phases U, V. For this purpose, two or preferably all of the high-side switches 5A or alternatively all low-side switches 5B are optionally closed. The respectively opposite or corresponding low-side / high-side switches 5B, 5A are opened. As a result, the active short circuit in the involved phases U, V, W sets. This generates a certain braking torque in the electric motor 1. When used in a motor vehicle drive this braking torque preferably causes a stabilization of the associated motor vehicle, in any case, no destabilization. The safe state is thus achieved.
Das für die Durchführung des aktiven Kurzschlusses vorgesehene System verfügt über eine Schutzschaltung 9. Die Schutzschaltung 9 ist nicht auf die Treiberschaltung 7 angewiesen. Sie ist somit autark von der der Treiberschaltung 7. Dazu betätigt die Schutzschaltung 9 die an dem aktiven Kurzschluss beteiligten Leistungshalbleiterschalter 5 direkt, also ohne Erfordernis der Treiberschaltung 7. Sie ist dazu mit den Basis-Anschlüssen der Leistungshalbleiterschalter 5 für den aktiven Kurzschluss elektrisch kontaktiert. Vorliegend teilen sich die Treiberschaltung 7 und die Schutzschaltung 9 also die entsprechenden Basis-Anschlüsse. The system provided for carrying out the active short-circuit has a protective circuit 9. The protective circuit 9 is not dependent on the driver circuit 7. It is thus self-sufficient of the driver circuit 7. For this purpose, the protection circuit 9 actuates the participating in the active short circuit power semiconductor switch 5 directly, ie without requirement of the driver circuit 7. It is electrically contacted with the base terminals of the power semiconductor switch 5 for the active short circuit. In the present case, the driver circuit 7 and the protection circuit 9 thus share the corresponding base connections.
Vorliegend werden lediglich die Lowside-Schalter 5B der Leistungshalbleiterschalter 5 für den aktiven Kurzschluss verwendet. Diese sind schraffiert dargestellt. Die Schutzschaltung 9 ist daher lediglich mit den Basis-Anschlüssen der Lowside- Schalter 5B kontaktiert. Eine Kontaktierung mit den Basis-Anschlüssen der Highside- Schaltern 5A besteht nicht. Somit können die Highside-Schalter 5A durch die In the present case, only the low-side switches 5B of the power semiconductor switches 5 are used for the active short circuit. These are shown hatched. The protection circuit 9 is therefore contacted only with the base terminals of the low-side switches 5B. A contact with the base terminals of the highside switches 5A does not exist. Thus, the highside switches 5A through the
Schutzschaltung 9 an nicht selbst betätigt werden. Protective circuit 9 are not operated on itself.
Grundsätzlich können durch die Schutzschaltung 9 statt der Lowside-Schalter 5B auch die Highside-Schalter 5A für den aktiven Kurzschluss betätigt werden. Dann ist die Schutzschaltung 9 mit den Basis-Anschlüssen der Highside-Schalter 5A kontaktiert, also eben nicht mit denjenigen der Lowside-Schalter 5B. Alternativ dazu kann die Schutzschaltung 9 auch sowohl mit den Basis-Anschlüssen der Highside- Schalter 5A, als auch mit den Basis-Anschlüssen der Lowside-Schalter 5B kontaktiert sein. Dann kann die Schutzschaltung 9 dazu ausgeführt sein, wahlweise die In principle, the high-side switch 5A for the active short circuit can be actuated by the protection circuit 9 instead of the low-side switch 5B. Then, the protection circuit 9 is contacted with the base terminals of the high-side switches 5A, that is, not with those of the low-side switches 5B. Alternatively, the protection circuit 9 may also be connected to both the base terminals of the highside Switch 5A, as well as be contacted to the base terminals of the low-side switch 5B. Then, the protection circuit 9 may be designed to optionally the
Highside-Schalter 5A oder die Lowside-Schalter 5B zu schließen. Highside switch 5A or the lowside switch 5B to close.
Es können dann für den aktiven Kurzschluss auch alternierend die Highside- Schalter 5A und die Lowside-Schalter 5B geschlossen werden. Oder es können dann auch alle der Leistungshalbleiterschalter 5 für den aktiven Kurzschluss geschlossen werden. Da dabei jedoch der Gleichstromzweig, also die Gleichstromleitungen DC+ und DC-, ebenfalls kurzgeschlossen werden, empfiehlt es sich hier, die Gleichstromleitungen DC+ und DC- durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise einen oder mehrere zusätzliche Schalter, zu öffnen bzw. aufzutrennen. It can then be closed for the active short and alternately the highside switch 5A and the low-side switch 5B. Or it can then be closed all the power semiconductor switch 5 for the active short circuit. Since, however, the DC branch, ie the DC lines DC + and DC-, also short-circuited, it is recommended here, the DC lines DC + and DC- by appropriate measures, for example, one or more additional switch to open or separate.
Das System ist dazu ausgeführt, zum Durchführen des aktiven Kurzschlusses die Treiberschaltung 7 zu deaktivieren, beispielsweise im Rahmen einer Wechselrichtersperre. Somit wird kein elektrisches Potential an die Basis-Anschlüsse der Highside- Schalter 5A angelegt. Die Highside-Schalter 5A sind dadurch automatisch geöffnet. Hierzu werden besonders bevorzugt die Treiber innerhalb der Treiberschaltung 7 und/oder die Ausgänge der Treiberschaltung 7 zu den Basis-Anschlüssen und/oder die Eingänge der Treiberschaltung 7 zu dem Steuergerät 8 ausgeschaltet. The system is designed to deactivate the driver circuit 7 for carrying out the active short circuit, for example as part of an inverter block. Thus, no electrical potential is applied to the base terminals of the highside switches 5A. The highside switches 5A are thereby automatically opened. For this purpose, the drivers within the driver circuit 7 and / or the outputs of the driver circuit 7 to the base terminals and / or the inputs of the driver circuit 7 to the controller 8 are particularly preferably switched off.
Die Schutzschaltung 9 wird durch den Gleichstromzweig des Wechselrichters 1 mit elektrischer Energie versorgt. Dazu ist es mit den Gleichstromleitungen DC+ und DC- kontaktiert. Es kann alternativ auch eine autarke Stromversorgung für die Schutzschaltung 9 vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer eigenen Batterie oder die Stromversorgung kann aus dem Niedervoltnetz, beispielsweise mit 12, 24 oder 48 V, erfolgen. The protection circuit 9 is supplied with electrical energy by the DC branch of the inverter 1. For this purpose it is contacted with the DC cables DC + and DC-. Alternatively, a self-sufficient power supply for the protection circuit 9 may be provided, for example in the form of its own battery or the power supply may be from the low-voltage network, for example 12, 24 or 48 V.
Fig. 3 zeigt einen Antriebssystem, insbesondere einen Fahrzeugantrieb, wie dasjenige aus Fig. 1. Es setzt sich aus einer ersten Ebene A und einer zweiten Ebene B zusammen. Die zweite Ebene B bildet eine Überwachungsfunktion, welche die Funktionalität der ersten Ebene A überwacht. Die Überwachung in der zweiten Ebene B kann insbesondere dergestalt erfolgen, dass ein Vergleich zwischen Ist- und Soll- Werten erfolgen. Es können auch Plausibilitätsprüfungen und/oder Aktivitätsprüfun- gen etc. in der zweiten Ebene B erfolgen. Wenn die zweite Ebene einen Fehler erkennt, dazu zählen beispielsweise übermäßig große Abweichungen zwischen Soll- Werten und Ist-Werten oder die ungewollte Inaktivität von Bestandteilen des Antriebssystems, dann kann die zweite Ebene B einen sicheren Zustand des Antriebsystems anfordern. 3 shows a drive system, in particular a vehicle drive, such as that of FIG. 1. It is composed of a first plane A and a second plane B. The second level B forms a monitoring function which monitors the functionality of the first level A. The monitoring in the second level B can in particular take place in such a way that a comparison is made between the actual and desired values. It is also possible to carry out plausibility checks and / or activity checks. etc. in the second level B. If the second level detects an error including, for example, excessively large deviations between target values and actual values or the unwanted inactivity of components of the drive system, then the second level B may request a safe state of the drive system.
Die erste Ebene A weist ein Steuergerät 8 und eine Treiberschaltung 7 auf. Wie Fig. 1 und 2 erläutert betreiben diese mittels eines Wechselrichters 1 eine The first level A has a control unit 8 and a driver circuit 7. As explained in FIGS. 1 and 2, these operate by means of an inverter 1 a
E-Maschine 2. Es kann sich um den Wechselrichter 1 und die E-Maschine aus Fig. 1 und Fig. 2 handeln. Bei dem Steuergerät 8 und der Treiberschaltung 7 kann es sich insbesondere um diejenigen von Fig. 2 handeln. Die dazu vorgebrachten Erläuterungen gelten dann auch für Fig. 3. Zusätzlich ist in Fig. 3 eine üblicherweise zwischen dem Steuergerät 8 und der Treiberschaltung 7 vorgesehene galvanische Trennung 7A gezeigt. Diese wird durch entsprechend ausgeführte und zwischengeschaltete Koppler 7B bewirkt. E-machine 2. It may be the inverter 1 and the electric machine of FIG. 1 and FIG. The control unit 8 and the driver circuit 7 may in particular be those of FIG. 2. The explanations given here then also apply to FIG. 3. In addition, FIG. 3 shows a galvanic separation 7A which is usually provided between the control unit 8 and the driver circuit 7. This is effected by appropriately designed and interconnected couplers 7B.
Die zweite Ebene B überwacht zumindest die Funktionen des Steuergeräts 8 und der Treiberschaltung 7. Die zweite Ebene B ist auch dazu ausgeführt, ein System zur Einleitung eines aktiven Kurzschlusses in den Phasen U, V, W des Wechselrichters 1 zu überwachen und zumindest dann zu betätigen, wenn ein sicherer Zustand erforderlich ist. Das System weist dazu analog zur Fig. 2 eine Schutzschaltung 9 auf. Diese ist also wie zu Fig. 2 erläutert ausgeführt. Die dazu vorgebrachten Erläuterungen gelten daher auch zu Fig. 3. Für den aktiven Kurzschluss betätigt sie direkt, also ohne die Treiberschaltung 7, die entsprechenden Leistungshalbleiterschalter 5 des Wechselrichters 1. The second level B monitors at least the functions of the controller 8 and the driver circuit 7. The second level B is also designed to monitor a system for initiating an active short circuit in the phases U, V, W of the inverter 1 and at least then to operate when a safe condition is required. The system has analogous to FIG. 2, a protection circuit 9. This is thus as explained explained to FIG. 2. The explanations given for this purpose therefore also apply to FIG. 3. For the active short circuit, it actuates directly, that is to say without the driver circuit 7, the corresponding power semiconductor switches 5 of the inverter 1.
Vorliegend wird der ersten und zweiten Ebene A, B beispielhaft ein Soll-Drehmoment Msoii vorgebenen. In der ersten Ebene A werden hieraus die dazu erforderlichen PWM-Signale für die Leistungshalbleiterschalter 5 des Wechselrichters 1 ermittelt. Entsprechend werden diese dann von der Treiberschaltung 7 betätigt. Ein an der E-Maschine 2 anliegendes Ist-Drehmoment Mist wird ebenfalls ermittelt, beispielsweise gemessen oder berechnet. In der zweiten Ebene B wird die Funktionalität der ersten Ebene A dann beispielsweise dadurch geprüft, dass dort zumindest ein Vergleich zwischen dem Soll- und Ist-Drehmoment Mson, Mist stattfindet. Alternativ oder darüber hinaus können auch andere Werte, wie beispielsweise eine Drehzahl oder ein elektrischer Strom oder eine elektrische Spannung, Zwischenergebnisse, oder Zustände der Komponente der ersten Ebene A überwacht werden. In the present case, the first and second planes A, B will specify a desired torque Msoii by way of example. In the first level A, the required PWM signals for the power semiconductor switches 5 of the inverter 1 are determined therefrom. Accordingly, these are then actuated by the driver circuit 7. An actual torque M is t applied to the electric machine 2 is likewise determined, for example measured or calculated. In the second level B, the functionality of the first level A is then checked, for example, by the fact that there is at least one comparison between the setpoint and actual torque M so n, M is taking place. Alternatively or in addition, other values, such as a rotational speed or an electric current or voltage, intermediate results, or states of the first-level component A may also be monitored.
Wenn unzulässige Werte, Wertabweichungen oder Zustände etc. durch die zweite Ebene B festgestellt werden, wird diese den sicheren Zustand für den Wechselrichter 1 und die E-Maschine 2 anfordern. Dazu gibt sie ein entsprechendes Signal zum Einlegen des aktiven Kurzschlusses an die Schutzschaltung 9 aus (Signalpfad„Einlegen des AKS"). Parallel dazu fordert sie durch ein entsprechendes Signal auch eine Deaktivierung der ersten Ebene A an (Signalpfad„Deaktivieren der Ebene A"). Die Deaktivierung der ersten Ebene A beinhaltet eine Deaktivierung des Steuergeräts 8 sowie der Treiberschaltung 7, also eine Wechselrichtersperre. Dadurch legt die Treiberschaltung kein Signal/Strom mehr an die Basis-Anschlüsse der Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters 1 an. Die Schutzschaltung 9 leitet den aktiven Kurzschluss, wie oben erläutert, in einigen oder allen Phasen U, V, W des Wechselrichters 9 ein. If impermissible values, value deviations or states etc. are detected by the second level B, this will request the safe state for the inverter 1 and the electric motor 2. For this purpose, it outputs a corresponding signal for inserting the active short circuit to the protection circuit 9 (signal path "insertion of the AKS") .Simultaneously, it also requests a deactivation of the first level A by means of a corresponding signal (signal path "deactivating level A"). , The deactivation of the first level A includes a deactivation of the control unit 8 and the driver circuit 7, so an inverter lock. As a result, the driver circuit no longer applies a signal / current to the base terminals of the power semiconductor switches of the inverter 1. The protection circuit 9 initiates the active short circuit, as explained above, in some or all phases U, V, W of the inverter 9.
Durch ein anderes, insbesondere übergeordnetes Signal kann die Wechselrichtersperre sowie der aktive Kurzschluss durch die Schutzschaltung 9 aufgelöst werden, beispielsweise durch die zweite Ebene B oder durch einen externen Zugriff. Die erste Ebene A wird dann also wieder aktiviert, was mit einer Deaktivierung der Schutzschaltung 9 einhergeht. By another, in particular higher-level signal, the inverter lock and the active short circuit can be resolved by the protection circuit 9, for example by the second level B or by an external access. The first level A is then activated again, which is accompanied by a deactivation of the protection circuit 9.
Bezuqszeichen REFERENCE CHARACTERS
1 Wechselrichter 1 inverter
2 E-Maschine  2 electric machine
3 Fahrzeugrad  3 vehicle wheel
4 Gleichstromquelle  4 DC power source
5 Leistungshalbleiterschalter  5 power semiconductor switch
5A Higside-Schalter 5A Higside switch
5B Lowside-Schalter  5B lowside switch
6 Zwischenkreiskondensator  6 DC link capacitor
7 Treiberschaltung  7 driver circuit
7B Koppler 7B coupler
8 Steuergerät  8 control unit
9 Schutzschaltung  9 protection circuit
A erste Ebene, Funktionsebene A first level, functional level
B zweite Ebene, Überwachungsfunktion, Überwachungsebene DC+, DC- Gleichstromleitung  B second level, monitoring function, monitoring level DC +, DC DC line
Ist-Drehmoment Actual torque
Soll-Drehmoment  Target torque
U, V, W Phase U, V, W phase

Claims

Patentansprüche claims
1 . System zum aktiven Kurzschließen von Phasen (U, V, W) eines Wechselrichters (1 ), wobei der Wechselrichter (1 ) über Leistungshalbleiterschalter (5, 5A, 5B) zum Anlegen eines elektrischen Stromes an die Phasen (U, V, W) verfügt, 1 . A system for actively short-circuiting phases (U, V, W) of an inverter (1), the inverter (1) having power semiconductor switches (5, 5A, 5B) for applying an electrical current to the phases (U, V, W) .
mit einer Treiberschaltung (7) zum Betätigen der Leistungshalbleiterschalter (5, 5A, 5B), und with a driver circuit (7) for actuating the power semiconductor switches (5, 5A, 5B), and
mit einer Schutzschaltung (9), die zum aktiven Kurzschließen der Phasen (U, V, W) veranlasst, dass zumindest einige der Leistungshalbleiterschalter (5, 5A, 5B) geschlossen werden, with a protection circuit (9) which causes the phases (U, V, W) to be actively short-circuited so that at least some of the power semiconductor switches (5, 5A, 5B) are closed,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschaltung (9) die Leistungshalbleiterschaltern (5, 5A, 5B) zum aktiven Kurzschließen direkt betätigt. characterized in that the protection circuit (9) directly activates the power semiconductor switches (5, 5A, 5B) for active shorting.
2. System nach Anspruch 1 , wobei die Schutzschaltung (9) mit den Basis- Anschlüssen der Leistungshalbleiterschalter (5, 5A, 5B) zum aktiven Kurzschließen elektrisch kontaktiert ist. A system according to claim 1, wherein the protection circuit (9) is electrically contacted with the base terminals of the power semiconductor switches (5, 5A, 5B) for active short-circuiting.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das System dazu ausgeführt ist, die Treiberschaltung (7) zum aktiven Kurzschluss zu deaktivieren. 3. System according to claim 1 or 2, wherein the system is designed to disable the driver circuit (7) for active short circuit.
4. System nach Anspruch 3, wobei das System dazu ausgeführt ist, zum aktiven Kurzschluss eine elektrische Energieversorgung der Treiberschaltung (7) und/oder eines Steuergeräts (8) des Wechselrichters (1 ) auszuschalten und/oder Treiber innerhalb der Treiberschaltung (7) auszuschalten und/oder Ausgänge der Treiberschaltung (7) für die Leistungshalbleiterschalter (5, 5A, 5B) auszuschalten und/oder Eingänge der Treiberschaltung (7) für das Steuergerät (8) des Wechselrichters (1 ) auszuschalten. 4. System according to claim 3, wherein the system is designed to turn off the active short circuit, an electrical power supply of the driver circuit (7) and / or a controller (8) of the inverter (1) and / or switch off drivers within the driver circuit (7) and / or outputs of the driver circuit (7) for the power semiconductor switches (5, 5A, 5B) turn off and / or turn off inputs of the driver circuit (7) for the control unit (8) of the inverter (1).
5. System nach Anspruch 4, wobei das System dazu ausgeführt ist, die Schutzschaltung (9) zu deaktivieren, wenn die Treiberschaltung (7) aktiviert wird. The system of claim 4, wherein the system is adapted to disable the protection circuit (9) when the driver circuit (7) is activated.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leistungshalbleiterschalter (5, 5A, 5B) als Brückenschaltung miteinander verschaltet sind, mit Highside-Schaltern (5A) und Lowside-Schaltern (5B), und wobei die Schutzschaltung (9) dazu ausgeführt ist, zum aktiven Kurzschließen der Phasen (U, V, W) einige oder alle der diesen Phasen (U, V, W) zugehörigen Highsi- de-Schalter (5A) oder Lowside-Schaltern (5B) zu schließen. 6. System according to any one of the preceding claims, wherein the power semiconductor switches (5, 5A, 5B) are interconnected as a bridge circuit, with high-side switches (5A) and low-side switches (5B), and wherein the protection circuit (9) is designed for actively short-circuiting the phases (U, V, W) to some or all of the high-side switches (5A) or low-side switches (5A) associated with these phases (U, V, W) ) close.
7. System nach Anspruch 6, wobei die Schutzschaltung (9) dazu ausgeführt ist, zum aktiven Kurzschließen der Phasen (U, V, W) eine konstante Spannung an Basis- Anschlüsse einiger oder alle der diesen Phasen (U, V, W) zugehörigen Highside- Schalter (5A) oder Lowside-Schalter (5B) anzulegen. A system according to claim 6, wherein the protection circuit (9) is adapted to actively short-circuit the phases (U, V, W) to a constant voltage at base terminals of some or all of those phases (U, V, W) High-side switch (5A) or low-side switch (5B).
8. Kraftfahrzeugantrieb mit einem Wechselrichter (1 ) zum Betreiben einer 8. Motor vehicle drive with an inverter (1) for operating a
E-Maschine (2) des Kraftfahrzeugantriebs an Phasen (U, V, W) des WechselrichtersE-machine (2) of the motor vehicle drive to phases (U, V, W) of the inverter
(1 ), (1 ),
gekennzeichnet durch ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum aktiven Kurzschließen der Phasen (U, V, W). characterized by a system according to one of the preceding claims for actively short-circuiting the phases (U, V, W).
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