WO2020120312A1 - Discharging an inverter intermediate circuit capacitor by means of bridge short-circuit pulses - Google Patents

Discharging an inverter intermediate circuit capacitor by means of bridge short-circuit pulses Download PDF

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WO2020120312A1
WO2020120312A1 PCT/EP2019/083967 EP2019083967W WO2020120312A1 WO 2020120312 A1 WO2020120312 A1 WO 2020120312A1 EP 2019083967 W EP2019083967 W EP 2019083967W WO 2020120312 A1 WO2020120312 A1 WO 2020120312A1
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short
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power semiconductor
circuit current
control device
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PCT/EP2019/083967
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Martin Trunk
Manfred Kirschner
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
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    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
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    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/322Means for rapidly discharging a capacitor of the converter for protecting electrical components or for preventing electrical shock

Definitions

  • the present invention relates to an inverter arrangement
  • Inverter arrangement for discharging an intermediate circuit capacitor.
  • Hybrid vehicles are used, can include inverters that generate voltage signals from an electrical DC voltage, which are used for
  • a DC intermediate circuit with an intermediate circuit capacitor is provided at the input of such an inverter.
  • the inverters can be designed, for example, as a bridge circuit with a predetermined number of bridge branches, each with two power semiconductors.
  • the bridge circuit is supplied with an intermediate circuit voltage, i.e. a DC voltage with a high potential, which is referred to as a high DC voltage potential, and a low potential, which is referred to as a low DC voltage potential, and with a load, in particular an electrical machine.
  • Each bridge branch has two power semiconductors, which are connected in series to each other.
  • the load is connected to the bridge arm between the two power semiconductors.
  • One of the power semiconductors is therefore a so-called highside Power semiconductors and the other power semiconductor is a so-called low-side power semiconductor.
  • Parallel to the two power semiconductors is one
  • Inverter arrangement must quickly and reliably discharge the intermediate circuit capacitor.
  • Discharge of the intermediate circuit capacitor is usually implemented by means of a discharge resistor or by means of a so-called contacting.
  • a power semiconductor comprises an inflow electrode, an outflow electrode and a gate electrode, via which the connection between the inflow electrode and the outflow electrode is controlled.
  • Power semiconductor is the application of a gate voltage
  • Drain electrode is idling.
  • the gate voltage When switching on, the gate voltage is now applied to one of the power semiconductors (for example the low-side power semiconductor) of the bridge circuit only very briefly, while the other power semiconductor (for example the high-side power semiconductor) is switched on, the power semiconductor not reaching the saturation range. Nevertheless, a short-circuit current builds up through the power semiconductor. The very brief application of the gate voltage is repeated quickly in succession. This allows the
  • the switch-off overvoltage is usually measured and the short-circuit current is determined therefrom in order to determine the switch-on time of the subsequent switching pulse.
  • This function needs one Information storage and high-resolution processing, especially by a microprocessor.
  • the entire PEU (Power Electronics Unit) must be active so that the starting can be implemented. If terminal 30 supply is omitted, this means, for example, a significant effort for the voltage supply, since the low voltage side must be supplied from the high voltage.
  • an inverter arrangement according to claim 1 a drive system for an electrical machine according to claim 6, a vehicle with an inverter arrangement according to claim 7 and a control method for an inverter arrangement according to claim 8.
  • the invention relates to an inverter arrangement, comprising an
  • Bridge circuit comprising at least a first power semiconductor, preferably a highside power semiconductor, and a second
  • Power semiconductors preferably a low-side power semiconductor, which are connected in series with one another, an intermediate circuit capacitor which is connected in parallel with the first power semiconductor and the second power semiconductor, and a control device which is set up to control the first power semiconductor and the second power semiconductor.
  • the second power semiconductor has a connection, preferably an inflow connection or outflow connection, on which a short-circuit current measuring device is arranged, which is set up to measure a short-circuit current of the bridge circuit.
  • the control device is set up based on the measured
  • Short-circuit current to detect a short circuit in the bridge circuit and to discharge the intermediate circuit capacitor by contacting the first power semiconductor based on the detection of the short circuit.
  • the first power semiconductor is referred to below as a highside power semiconductor and the second power semiconductor as a low-side power semiconductor for better understanding designated.
  • the highside power semiconductor is the one with the high one
  • Power semiconductors connected to direct voltage potential and the low-side power semiconductor is the power semiconductor connected to the low direct voltage potential. Nevertheless, this assignment can also be interchanged, so that the first power semiconductor is a low-side power semiconductor and the second power semiconductor is a high-side power semiconductor. Likewise, if the assignment of the first and second power semiconductors is interchanged, the assignment of the
  • control device is able to implement the clocking in such a way that the clocking power semiconductor, the high-side power semiconductor, by measuring and evaluating what flows in the power path, ie the path through one or more power semiconductors
  • power semiconductor includes the terms power switch and semiconductor switch.
  • the power semiconductors are preferably IGBT transistors or metal oxide field-effect transistors (MOSFETs) or silicon carbide field-effect transistors (SiC-FETs).
  • MOSFETs metal oxide field-effect transistors
  • SiC-FETs silicon carbide field-effect transistors
  • the intermediate circuit voltage, the control device can control the starting directly based on the measured short-circuit current. Indirect
  • Control methods such as indirect readjustment of the short-circuit current, can be avoided.
  • the contacting preferably comprises more than 1000 pulses (switch-on and switch-off processes of the power semiconductor, in particular the highside power semiconductor), more preferably more than 10,000 pulses in a period of 0.2 to 2 seconds.
  • the length of a pulse is preferably between 1 and 20 nanoseconds. The number of pulses, the length of the pulse, and the time period depend on several factors such as the DC link voltage, the switching behavior or the
  • the short-circuit current measuring device preferably comprises one
  • the control device advantageously has a microcontroller. Due to the particularly simple design of the inverter arrangement and the particularly simple type of implementation of the contacting, a less complex microcontroller can be used.
  • the short-circuit current measuring device is advantageously set up to measure the short-circuit current with a time resolution of less than 1 microsecond.
  • Microsecond is referred to as a highly dynamic current measurement.
  • Short-circuit current measuring device advantageously an inductance and the short-circuit current measuring device is advantageously set up to measure a change in the short-circuit current via the inductance.
  • the inductance is advantageously a parasitic inductance in the power path, that is to say in the path through one or more power semiconductors.
  • control device In a preferred embodiment, the control device
  • the short circuit in the bridge circuit based on a gate voltage of the first power semiconductor, preferably of the highside power semiconductor, and the change in the short-circuit current.
  • control device can
  • the switching on and switching off that is to say the switching on of the first power semiconductor, preferably of the highside power semiconductor, is advantageously implemented by a set / reset flip-flop which is controlled by the control device.
  • control device can switch off the first power semiconductor, preferably the highside power semiconductor, after a predetermined time has elapsed, even if there is still no short circuit in the
  • the short-circuit current measuring device is advantageously set up to integrate and / or filter the change in the short-circuit current, preferably low-pass filters.
  • the invention further relates to a drive system for an electrical machine, comprising an inverter arrangement of the type described above.
  • the invention further relates to a vehicle comprising a
  • the invention further relates to a control method for an inverter arrangement for discharging an intermediate circuit capacitor, comprising the steps:
  • steps 1) to d) repeating steps 1) to d) in order to provide the function of contacting the first power semiconductor, preferably the highside power semiconductor, until the intermediate circuit capacitor is discharged.
  • a change in the short-circuit current at an inductance is advantageously carried out in step b)
  • control device in step c) detects the short circuit in the bridge circuit based on a gate voltage of the highside power semiconductor and the change in the short circuit current.
  • the change in the short-circuit current is advantageously integrated and / or filtered, preferably low-pass filtered, in step b).
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of an inverter arrangement
  • FIG. 3 shows a diagram of various measured values over time in the case of a
  • Fig. 4 is a flowchart of the control method for a
  • Inverter arrangement for discharging a
  • FIG. 5 shows a vehicle with an inverter arrangement.
  • the bridge circuit 20 is designed as a half-bridge and comprises a high-side power semiconductor TI and a low-side power semiconductor T2, which are connected in series with one another.
  • An electric drive M preferably a phase connection of a multi-phase electrical machine, is connected to the inverter arrangement 10 between the highside power semiconductor TI and the low-side power semiconductor T2.
  • An intermediate circuit capacitor CZK is arranged in parallel with the bridge circuit 20.
  • the inverter arrangement 10 further comprises a control device 30 with a microprocessor 31, which is set up to control the high-side power semiconductor TI and the low-side power semiconductor T2.
  • the control device 30 controls the highside power semiconductor TI via a first gate driver GTH and the lowside power semiconductor T2 via a second gate driver GTL.
  • the first gate driver GTH has a first capacitance CI and the second gate driver GTL has a second capacitance C2.
  • the first capacity CI and the second capacitance C2 are backup capacitors that support the voltage supply of the respective gate drivers GTH, GTL.
  • the second gate driver GTL also has a low-side gate driver supply VI, which supplies the second gate driver GTL with voltage.
  • the second gate driver GTL is connected to the first gate driver GTH via a high-voltage diode D1.
  • the first gate driver GTH is supplied from the low-side gate driver supply VI via the high-voltage diode D1.
  • Such a method is referred to as a bootstrap method.
  • the inverter arrangement 10 further comprises a high-voltage battery HV, which supplies the inverter arrangement 10 with a high potential HV + and a low potential HV-.
  • HV high-voltage battery
  • the highside power semiconductor TI has a first inflow electrode SH, a first outflow electrode DH and a first gate electrode GH.
  • the low-side power semiconductor T2 has a second inflow electrode SL, a second one
  • Drain electrode DL Drain electrode DL and a second gate electrode GL.
  • Inlet electrode SH has the same potential as the second one
  • Drain electrode DL Drain electrode DL.
  • the electric drive M has the same potential.
  • the first drain electrode DH is connected to the high potential HV +.
  • a short-circuit current measuring device 40 is arranged between the second inflow electrode SL and the low potential HV-.
  • the short-circuit current measuring device 40 comprises a parasitic inductance LI in the power path, that is to say in the path through at least one
  • the inductance is arranged between the low-side power semiconductor and the low DC voltage potential.
  • the inductance can, however, in principle at any point in the
  • the short-circuit current measuring device 40 also includes one Low pass filter 41, which is the measured signal of the change in
  • Short-circuit current measuring device 40 an integrator 42, which is set up to integrate the low-pass filtered signal.
  • the integrated signal is forwarded to the control device 30.
  • the control device 30 comprises a comparator 32 for processing the integrated signal of the short-circuit current device 40
  • Comparator 32 can detect control device 30 whether there is a high highside gate voltage VGH, which preferably exceeds a predefinable first threshold value, and a large change, which preferably exceeds a predeterminable second threshold value, of short-circuit current di / dt. If this is the case, the control device 30 detects a short circuit.
  • the control device 30 is assigned a set-reset flip-flop 33 in order to implement the control of the first gate driver GT H.
  • the control device 30 controls the second gate driver GTL in such a way that a low-side gate voltage VGL is applied to the second gate electrode GL, which turns on the low-side power semiconductor T2.
  • the low-side power semiconductor T2 remains switched on for the duration of the starting.
  • the control device 30 additionally controls the first gate driver GTH in such a way that a high-side gate voltage VGH, which switches on the high-side power semiconductor TI, is present at the first gate electrode GH, a short-circuit current builds up in the power path. This short circuit is detected by the control device 30 as described above, and the control device 30 controls the first gate driver GTH in such a way that the first
  • Gate electrode GH no longer has a high-side gate voltage VGH.
  • This process is repeated several times and thus implements the described function of starting in order to discharge the intermediate circuit capacitor CZK.
  • the control device 30 switches off the highside power semiconductor TI not only when a short circuit has been detected, but also after a predetermined time has elapsed. Therefore, the output of the
  • Comparator 32 connected to the set-reset flip-flop 33, but the Output of the comparator 32, which indicates whether a short circuit has been detected or is linked to the signal of the control device 30 for switching off the highside power semiconductor TI due to the expiry of a predetermined time.
  • Fig. 2 shows a diagram during the complete discharge of the
  • the flip-flop output voltage VQ moves between a “high level”, in this example IV, for switching on the highside power semiconductor TI and a “low level”, in this example 0V, for switching off the highside power semiconductor TI. Due to a lack of resolution, the more than 1000 switching steps here turn out to be
  • FIG. 3 shows a diagram during only a single pulse of starting.
  • the set-reset flip-flop 33 has a set input, a reset input and an output, with the set voltage VFFS being present at the set input and the reset input at the
  • Reset voltage VFFR is present and the flip-flop output voltage VFFQ is present at the output.
  • the time window is approximately 30 nanoseconds wide.
  • the DC link capacitor voltage VZK remains almost constant with such a short time window.
  • a single pulse of starting does not have a major influence on the intermediate circuit capacitor voltage VZK.
  • the controller 30 controls the set voltage VFFS to IV, whereby the set-reset flip-flop 33 sets a flip-flop output voltage VFFQ - high output level from IV.
  • the high-side power semiconductor TI is thus switched on and moves from the blocking area into the saturation area.
  • a short-circuit current II begins to build up in the power path. This leads over the
  • Short-circuit current measuring device 40 to a rising reset voltage VFFR.
  • the short circuit is detected after a few nanoseconds and the reset voltage VFFR exceeds a limit value.
  • the set voltage VFFS and the flip-flop output voltage VFFQ fall back to the low level, in this example to 0V.
  • the high-side gate voltage VGH drops to 0V in this example.
  • the highside power semiconductor TI is now switched on.
  • the short-circuit current II then drops back to 0A. In this way, the intermediate circuit capacitor VZK is gradually discharged.
  • step a a high-side power semiconductor TI of a bridge circuit 20 is closed by a control device 30. Then in step b)
  • Short-circuit current measuring device 40 measured.
  • a short circuit in the bridge circuit 20 is detected by the control device 30 based on the measured short circuit current II.
  • the highside power semiconductor TI is opened by the control device 30 based on the detected short circuit.
  • Steps a) to d) represent a contact pulse. Steps a) to d) are thus repeated via loop e) until the function of contacting the highside power semiconductor TI is available until the intermediate circuit capacitor CZK is discharged .
  • FIG. 5 shows a vehicle 50 with an inverter arrangement 10.

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  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to an inverter arrangement (10), comprising a bridge circuit (20) comprising at least one high-side power semiconductor (T1) and a low-side power semiconductor (T2), which are connected to one another in series, an intermediate circuit capacitor (CZK), which is connected in parallel with the high-side power semiconductor (T1) and the low-side power semiconductor (T2), a control apparatus (30), which is designed to control the high-side power semiconductor (T1) and the low-side power semiconductor (T2), wherein the low-side power semiconductor (T2) has an inflow connection (SL) and a short-circuit current measurement apparatus (40) is arranged at the inflow connection (SL), which short-circuit current measurement apparatus is designed to measure a short-circuit current of the bridge circuit (20) and wherein the control apparatus (30) is designed to detect a short circuit in the bridge circuit (20) based on the measured short-circuit current and to discharge the intermediate circuit capacitor (CZK) by activating the high-side power semiconductor (T1) based on the detection of the short circuit.

Description

Beschreibung description
Titel title
ENTLADEN EINES WECHSELRICHTERZWISCHEN KREISKONDENSATORS MITTELS BRÜCKENKURZSCHLUSSPULSEN DISCHARGE A INVERTER BETWEEN CIRCUIT CAPACITOR BY BRIDGE SHORT CIRCUIT
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechselrichteranordnung, ein The present invention relates to an inverter arrangement
Antriebssystem für eine elektrische Maschine umfassend eine solche Drive system for an electrical machine comprising one
Wechselrichteranordnung, ein Fahrzeug mit einer solchen Inverter arrangement, a vehicle with such
Wechselrichteranordnung, sowie ein Steuerungsverfahren für eine Inverter arrangement, and a control method for a
Wechselrichteranordnung zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators. Inverter arrangement for discharging an intermediate circuit capacitor.
Stand der Technik State of the art
Elektrische Antriebssysteme, wie sie zum Beispiel in Elektro- und Electrical drive systems, such as those used in electrical and
Hybridfahrzeugen eingesetzt werden, können Wechselrichter umfassen, die aus einer elektrischen Gleichspannung Spannungssignale generiert, die zum Hybrid vehicles are used, can include inverters that generate voltage signals from an electrical DC voltage, which are used for
Ansteuern einer elektrischen Maschine geeignet sind. Dabei ist am Eingang eines solchen Wechselrichters ein Gleichspannungszwischenkreis mit einem Zwischenkreiskondensator vorgesehen. Driving an electrical machine are suitable. A DC intermediate circuit with an intermediate circuit capacitor is provided at the input of such an inverter.
Die Wechselrichter können beispielsweise als Brückenschaltung mit einer vorgegebenen Anzahl von Brückenzweigen mit je zwei Leistungshalbleitern ausgeführt sein. Die Brückenschaltung ist mit einer Zwischenkreisspannung versorgt, also eine Gleichspannung mit einem hohen Potential, welches als hohes Gleichspannungspotential bezeichnet wird, und einem niedrigen Potential, welches als niedriges Gleichspannungspotential bezeichnet wird, und mit einer Last, insbesondere einer elektrischen Maschine, verbunden. Jeder Brückenzweig weist je zwei Leistungshalbleiter auf, die in Reihe zueinander geschalten sind.The inverters can be designed, for example, as a bridge circuit with a predetermined number of bridge branches, each with two power semiconductors. The bridge circuit is supplied with an intermediate circuit voltage, i.e. a DC voltage with a high potential, which is referred to as a high DC voltage potential, and a low potential, which is referred to as a low DC voltage potential, and with a load, in particular an electrical machine. Each bridge branch has two power semiconductors, which are connected in series to each other.
Die Last ist zwischen den beiden Leistungshalbleitern mit dem Brückenzweig verbunden. Somit ist einer der Leistungshalbleiter ein sogenannter Highside- Leistungshalbleiter und der andere Leistungshalbleiter ein sogenannter Lowside- Leistungshalbleiter. Parallel zu den beiden Leistungshalbleitern ist ein The load is connected to the bridge arm between the two power semiconductors. One of the power semiconductors is therefore a so-called highside Power semiconductors and the other power semiconductor is a so-called low-side power semiconductor. Parallel to the two power semiconductors is one
Zwischenkreiskondensator angeordnet. Intermediate circuit capacitor arranged.
Es können verschiedene Voraussetzungen vorliegen, bei denen die There may be various conditions where the
Wechselrichteranordnung den Zwischenkreiskondensator schnell und zuverlässig entladen muss. Inverter arrangement must quickly and reliably discharge the intermediate circuit capacitor.
Ein Entladen des Zwischenkreiskondensators wird üblicherweise durch einen Entladewiderstand oder durch ein sogenanntes Antakten umgesetzt. Discharge of the intermediate circuit capacitor is usually implemented by means of a discharge resistor or by means of a so-called contacting.
Ein Leistungshalbleiter umfasst eine Zuflusselektrode, eine Abflusselektrode und eine Gatterelektrode, über welche die Verbindung zwischen der Zuflusselektrode und der Abflusselektrode gesteuert wird. Beim Einschalten des A power semiconductor comprises an inflow electrode, an outflow electrode and a gate electrode, via which the connection between the inflow electrode and the outflow electrode is controlled. When you turn on the
Leistungshalbleiters wird durch das Anlegen einer Gatterspannung der Power semiconductor is the application of a gate voltage
Leistungshalbleiter von einem Sperrbereich über einen linearen Bereich in einen Sättigungsbereich geschalten. Im Sättigungsbereich leitet die Verbindung zwischen der Zuflusselektrode und der Abflusselektrode. Fällt die Power semiconductors switched from a stop region to a saturation region over a linear region. The connection between the inflow electrode and the outflow electrode conducts in the saturation region. Does that fall
Gatterspannung ab, so wechselt der Leistungshalbleiter vom Sättigungsbereich wieder zurück in den Sperrbereich und zwischen Zuflusselektrode und Gate voltage, the power semiconductor changes from the saturation area back to the blocking area and between the inflow electrode and
Abflusselektrode stellt sich ein Leerlauf ein. Drain electrode is idling.
Beim Antakten wird nun die Gatterspannung an einen der Leistungshalbleiter (beispielsweise den Lowside-Leistungshalbleiter) der Brückenschaltung nur sehr kurz angelegt, während der andere Leistungshalbleiter (beispielsweise der Highside-Leistungshalbleiter) eingeschaltet ist, wobei der Leistungshalbleiter nicht in den Sättigungsbereich gelangt. Trotzdem baut sich ein Kurzschlussstrom durch den Leistungshalbleiter auf. Das sehr kurze Anliegen der Gatterspannung wird schnell hintereinander wiederholt. Dadurch kann der When switching on, the gate voltage is now applied to one of the power semiconductors (for example the low-side power semiconductor) of the bridge circuit only very briefly, while the other power semiconductor (for example the high-side power semiconductor) is switched on, the power semiconductor not reaching the saturation range. Nevertheless, a short-circuit current builds up through the power semiconductor. The very brief application of the gate voltage is repeated quickly in succession. This allows the
Zwischenkreiskondensator entladen werden, ohne dass der Leistungshalbleiter jemals in den Sättigungsbereich gelangt. DC link capacitor are discharged without the power semiconductor ever reaching the saturation range.
Zur Ansteuerung des Antaktens wird üblicherweise die Abschaltüberspannung gemessen und daraus der Kurzschlussstrom ermittelt, um die Einschaltzeit des darauffolgenden Schaltpulses zu bestimmen. Diese Funktion benötigt eine Informationsspeicherung und hochauflösende Verarbeitung, insbesondere durch einen Mikroprozessor. Damit das Antakten umgesetzt werden kann muss die gesamte PEU (Power Electronics Unit) aktiv sein. Bei Wegfall der Klemme 30 Versorgung bedeutet dies zum Beispiel einen nennenswerten Aufwand für die Spannungsversorgung, da die Niederspannungsseite aus der Hochspannung versorgt werden muss. To control the starting, the switch-off overvoltage is usually measured and the short-circuit current is determined therefrom in order to determine the switch-on time of the subsequent switching pulse. This function needs one Information storage and high-resolution processing, especially by a microprocessor. The entire PEU (Power Electronics Unit) must be active so that the starting can be implemented. If terminal 30 supply is omitted, this means, for example, a significant effort for the voltage supply, since the low voltage side must be supplied from the high voltage.
Somit ist es Aufgabe die Funktion Antakten zu vereinfachen. It is therefore the task of simplifying the contacting function.
Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch eine Wechselrichteranordnung nach Anspruch 1, ein Antriebsystem für eine elektrische Maschine nach Anspruch 6, ein Fahrzeug mit einer Wechselrichteranordnung nach Anspruch 7 und ein Steuerungsverfahren für eine Wechselrichteranordnung nach Anspruch 8. The object is achieved by an inverter arrangement according to claim 1, a drive system for an electrical machine according to claim 6, a vehicle with an inverter arrangement according to claim 7 and a control method for an inverter arrangement according to claim 8.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die Erfindung betrifft eine Wechselrichteranordnung, umfassend eine The invention relates to an inverter arrangement, comprising an
Brückenschaltung umfassend mindestens einen ersten Leistungshalbleiter, bevorzugt einen Highside-Leistungshalbleiter, und einen zweiten Bridge circuit comprising at least a first power semiconductor, preferably a highside power semiconductor, and a second
Leistungshalbleiter, bevorzugt einen Lowside-Leistungshalbleiter, die in Reihe zueinander geschalten sind, einen Zwischenkreiskondensator, der parallel zu dem ersten Leistungshalbleiter und dem zweiten Leistungshalbleiter geschalten ist und eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, den ersten Leistungshalbleiter und den zweiten Leistungshaltleiter zu steuern. Der zweite Leistungshalbleiter weist einen Anschluss, bevorzugt einen Zuflussanschluss oder Abflussanschluss, auf, an dem eine Kurzschlussstrommessvorrichtung angeordnet ist, die eingerichtet ist, einen Kurzschlussstrom der Brückenschaltung zu messen. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, basierend auf dem gemessenen Power semiconductors, preferably a low-side power semiconductor, which are connected in series with one another, an intermediate circuit capacitor which is connected in parallel with the first power semiconductor and the second power semiconductor, and a control device which is set up to control the first power semiconductor and the second power semiconductor. The second power semiconductor has a connection, preferably an inflow connection or outflow connection, on which a short-circuit current measuring device is arranged, which is set up to measure a short-circuit current of the bridge circuit. The control device is set up based on the measured
Kurzschlussstrom einen Kurzschluss in der Brückenschaltung zu detektieren und durch Antakten des ersten Leistungshalbleiters basierend auf der Detektion des Kurzschlusses den Zwischenkreiskondensator zu entladen. Short-circuit current to detect a short circuit in the bridge circuit and to discharge the intermediate circuit capacitor by contacting the first power semiconductor based on the detection of the short circuit.
Im Rahmen dieser Ausführungen wird für eine bessere Verständlichkeit im Folgenden der erste Leistungshalbleiter als Highside-Leistungshalbleiter bezeichnet und der zweite Leistungshalbleiter als Lowside-Leistungshalbleiter bezeichnet. Der Highside-Leistungshalbleiter ist der mit dem hohen In the context of these explanations, the first power semiconductor is referred to below as a highside power semiconductor and the second power semiconductor as a low-side power semiconductor for better understanding designated. The highside power semiconductor is the one with the high one
Gleichspannungspotential verbundene Leistungshalbleiter und der Lowside- Leistungshalbleiter ist der mit dem niedrigen Gleichspannungspotential verbundene Leistungshalbleiter. Dennoch kann diese Zuordnung auch vertauscht werden, sodass als erster Leistungshalbleiter ein Lowside-Leistungshalbleiter und als zweiter Leistungshalbleiter ein Highside-Leistungshalbleiter zu verstehen ist. Ebenso ist bevorzugt bei einer Vertauschung der Zuordnung des ersten und zweiten Leistungshalbleiters die Zuordnung der Power semiconductors connected to direct voltage potential and the low-side power semiconductor is the power semiconductor connected to the low direct voltage potential. Nevertheless, this assignment can also be interchanged, so that the first power semiconductor is a low-side power semiconductor and the second power semiconductor is a high-side power semiconductor. Likewise, if the assignment of the first and second power semiconductors is interchanged, the assignment of the
Kurzschlussstrommessvorrichtung vom zweiten zum ersten Leistungshalbleiters vorzunehmen. Make short-circuit current measuring device from the second to the first power semiconductor.
Auf diese Weise ist es der Steuervorrichtung möglich das Antakten derart umzusetzen, dass der taktende Leistungshalbleiter, der Highside- Leistungshalbleiter, durch eine Messung und Auswertung des im Leistungspfad, also der Pfad durch einen oder mehrere Leistungshalbleiter, fließenden In this way, the control device is able to implement the clocking in such a way that the clocking power semiconductor, the high-side power semiconductor, by measuring and evaluating what flows in the power path, ie the path through one or more power semiconductors
Kurzschlussstroms abgeschaltet wird. Short-circuit current is switched off.
Der Begriff„Leistungshalbleiter“ umfasst die Begriffe Leistungsschalter und Halbleiterschalter. The term "power semiconductor" includes the terms power switch and semiconductor switch.
Die Leistungshalbleiter sind vorzugsweise IGBT-Transistoren oder Metalloxid- Feldeffekttransistoren (MOSFETs) oder Siliciumcarbid-Feldeffekttransistoren (SiC-FETs). The power semiconductors are preferably IGBT transistors or metal oxide field-effect transistors (MOSFETs) or silicon carbide field-effect transistors (SiC-FETs).
Durch die Kurzschlussstrommessung zwischen dem Zuflussanschluss des Lowside-Leistungshalbleiters und dem negativen Anschluss der By measuring the short-circuit current between the inflow connection of the low-side power semiconductor and the negative connection of the
Zwischenkreisspannung kann die Steuerungsvorrichtung das Antakten direkt basierend auf dem gemessenen Kurzschlussstrom steuern. Indirekte The intermediate circuit voltage, the control device can control the starting directly based on the measured short-circuit current. Indirect
Steuerungsverfahren, wie beispielsweise eine indirekte Nachjustierung des Kurzschlussstroms, können vermieden werden. Control methods, such as indirect readjustment of the short-circuit current, can be avoided.
Das Antakten umfasst vorzugsweise mehr als 1000 Pulse (Einschalt- und Ausschaltvorgänge des Leistungshalbleiters, insbesondere des Highside- Leistungshalbleiters), weiter vorzugsweise mehr als 10000 Pulse in einem Zeitraum von 0,2 bis 2 Sekunden. Die Länge eines Pulses liegt vorzugsweise zwischen 1 und 20 Nanosekunden. Die Anzahl der Pulse, die Länge des Pulses, sowie der Zeitraum hängen von mehreren Faktoren wie beispielsweise der Zwischenkreisspannung, dem Schaltverhalten oder der The contacting preferably comprises more than 1000 pulses (switch-on and switch-off processes of the power semiconductor, in particular the highside power semiconductor), more preferably more than 10,000 pulses in a period of 0.2 to 2 seconds. The length of a pulse is preferably between 1 and 20 nanoseconds. The number of pulses, the length of the pulse, and the time period depend on several factors such as the DC link voltage, the switching behavior or the
Kommutierungsinduktivität ab, wodurch auch weitere Wertebereiche möglich sind. Commutation inductance, which also allows further value ranges.
Die Kurzschlussstrommessvorrichtung umfasst vorzugsweise einen The short-circuit current measuring device preferably comprises one
Messwiderstand, insbesondere einen Shunt. Bei vergleichsweise kleinen Measuring resistor, especially a shunt. With comparatively small ones
Strömen ist eine Messung über einen Messwiderstand möglich. Je größer der zu messende Strom ist, der über den Shunt verläuft, desto größer sind jedoch auch Leistungsverluste, beispielsweise Wärmeverluste. Currents, measurement is possible via a measuring resistor. However, the greater the current to be measured that runs through the shunt, the greater are the power losses, for example heat losses.
Vorteilhafterweise weist die Steuervorrichtung einen Mikrocontroller auf. Durch die besonders einfache Ausgestaltung der Wechselrichteranordnung und die besonders einfache Art der Umsetzung des Antaktens kann ein weniger aufwendig dimensionierter Mikrokontroller eingesetzte werden. The control device advantageously has a microcontroller. Due to the particularly simple design of the inverter arrangement and the particularly simple type of implementation of the contacting, a less complex microcontroller can be used.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kurzschlussstrommessvorrichtung vorteilhafterweise eingerichtet, den Kurzschlussstrom mit einer Zeitauflösung von unter 1 Mikrosekunde zu messen. In a preferred embodiment, the short-circuit current measuring device is advantageously set up to measure the short-circuit current with a time resolution of less than 1 microsecond.
Ein Messen des Kurzschlussstroms mit einer Zeitauflösung von unter 1 Measuring the short-circuit current with a time resolution of less than 1
Mikrosekunde wird als hochdynamische Strommessung bezeichnet. Microsecond is referred to as a highly dynamic current measurement.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die In a preferred embodiment, the
Kurzschlussstrommessvorrichtung vorteilhafterweise eine Induktivität und ist die Kurzschlussstrommessvorrichtung vorteilhafterweise eingerichtet, über die Induktivität eine Veränderung des Kurzschlussstroms zu messen. Short-circuit current measuring device advantageously an inductance and the short-circuit current measuring device is advantageously set up to measure a change in the short-circuit current via the inductance.
Vorteilhafterweise ist die Induktivität eine parasitäre Induktivität im Leistungspfad, also im Pfad durch einen oder mehrere Leistungshalbleiter. The inductance is advantageously a parasitic inductance in the power path, that is to say in the path through one or more power semiconductors.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung In a preferred embodiment, the control device
vorteilhafterweise eingerichtet, den Kurzschluss in der Brückenschaltung basierend auf einer Gatterspannung des ersten Leistungshalbleiters, bevorzugt des Highside-Leistungshalbleiters, und der Veränderung des Kurzschlussstroms zu detektieren. advantageously set up, the short circuit in the bridge circuit based on a gate voltage of the first power semiconductor, preferably of the highside power semiconductor, and the change in the short-circuit current.
Die Veränderung des Kurzschlussstroms (di/dt) alleine genügt nicht, damit die Steuervorrichtung einen Kurzschluss detektieren kann. Allerdings liegt bei einem normalen Einschaltvorgang oder während des Betriebs des Leistungshalbleiters im Sättigungsbereich eine dynamische positive Stromänderung niemals gleichzeitig mit einer hohen Gatterspannung vor, es sei denn es tritt ein The change in the short-circuit current (di / dt) alone is not sufficient for the control device to be able to detect a short-circuit. However, during a normal switch-on process or during the operation of the power semiconductor in the saturation range, there is never a dynamic positive current change simultaneously with a high gate voltage unless it occurs
Kurzschlussfall ein. Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung eine Short circuit case. In this way, the control device can
vergleichsweise schnelle Kurzschlussdetektion bereitstellen. provide comparatively fast short-circuit detection.
Vorteilhafterweise ist das Einschalten und das Ausschalten, also das Antakten des ersten Leistungshalbleiters, bevorzugt des Highside-Leistungshalbleiters, durch einen Setz- Rücksetz- Flipflop umgesetzt, der von der Steuervorrichtung gesteuert wird. The switching on and switching off, that is to say the switching on of the first power semiconductor, preferably of the highside power semiconductor, is advantageously implemented by a set / reset flip-flop which is controlled by the control device.
Weiter vorteilhaft kann die Steuervorrichtung den ersten Leistungshalbleiter, bevorzugt den Highside-Leistungshalbleiter, nach dem Ablauf einer vorher festgelegten Zeit abschalten, auch wenn noch kein Kurzschluss in der Further advantageously, the control device can switch off the first power semiconductor, preferably the highside power semiconductor, after a predetermined time has elapsed, even if there is still no short circuit in the
Brückenschaltung detektiert wurde. Bridge circuit was detected.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kurzschlussstrommessvorrichtung vorteilhafterweise eingerichtet, die Veränderung des Kurzschlussstroms zu integrieren und/oder zu filtern, vorzugsweise tiefpassfiltern. In a preferred embodiment, the short-circuit current measuring device is advantageously set up to integrate and / or filter the change in the short-circuit current, preferably low-pass filters.
Auf dieses Weise kann die Performance der Funktion Antakten weiter gesteigert werden, da dadurch die Abhängigkeit der Zwischenkreisspannung eliminiert wird. In this way, the performance of the contact function can be increased further, as this eliminates the dependency of the DC link voltage.
Die Erfindung betrifft weiter ein Antriebssystem für eine elektrische Maschine, umfassend eine Wechselrichteranordnung zuvor beschriebener Art. The invention further relates to a drive system for an electrical machine, comprising an inverter arrangement of the type described above.
Die Erfindung betrifft weiter ein Fahrzeug, umfassend eine The invention further relates to a vehicle comprising a
Wechselrichteranordnung zuvor beschriebener Art. Die Erfindung betrifft weiter ein Steuerungsverfahren für eine Wechselrichteranordnung zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators, umfassend die Schritte: Inverter arrangement of the type described above. The invention further relates to a control method for an inverter arrangement for discharging an intermediate circuit capacitor, comprising the steps:
a) Schließen eines ersten Leistungshalbleiters, bevorzugt eines Highside- Leistungshalbleiters, einer Brückenschaltung durch eine a) closing a first power semiconductor, preferably a high-side power semiconductor, a bridge circuit by a
Steuervorrichtung; Control device;
b) Messen eines Kurzschlussstroms an einem Anschluss, bevorzugt einem Zuflussanschluss, eines zweiten Leistungshalbleiters, bevorzugt eines Lowside-Leistungshalbleiters der Brückenschaltung durch eine b) measuring a short-circuit current at a connection, preferably an inflow connection, of a second power semiconductor, preferably a low-side power semiconductor of the bridge circuit by means of a
Kurzsch lussstrom messvorrichtu ng; Short-circuit current measuring device;
c) Detektieren eines Kurzschlusses in der Brückenschaltung durch die Steuervorrichtung basierend auf dem gemessenen Kurzschlussstrom; d) Öffnen des ersten Leistungshalbleiters, bevorzugt des Highside- Leistungshalbleiters, durch die Steuervorrichtung basierend auf dem detektierten Kurzschluss; und c) detecting a short circuit in the bridge circuit by the control device based on the measured short circuit current; d) opening of the first power semiconductor, preferably the highside power semiconductor, by the control device based on the detected short circuit; and
e) Wiederholen der Schritte 1) bis d), um die Funktion Antakten des ersten Leistungshalbleiters, bevorzugt des Highside-Leistungshalbleiters zur Verfügung zu stellen bis der Zwischenkreiskondensator entladen ist. e) repeating steps 1) to d) in order to provide the function of contacting the first power semiconductor, preferably the highside power semiconductor, until the intermediate circuit capacitor is discharged.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt b) vorteilhafterweise eine Veränderung des Kurzschlussstroms an einer Induktivität durch die In a preferred embodiment, a change in the short-circuit current at an inductance is advantageously carried out in step b)
Kurzschlussstrommessvorrichtung gemessen, wobei Short-circuit current measuring device measured, wherein
die Steuervorrichtung in Schritt c) den Kurzschluss in der Brückenschaltung basierend auf einer Gatterspannung des Highside-Leistungshalbleiters und der Veränderung des Kurzschlussstroms detektiert. the control device in step c) detects the short circuit in the bridge circuit based on a gate voltage of the highside power semiconductor and the change in the short circuit current.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt b) vorteilhafterweise die Veränderung des Kurzschlussstroms an der Induktivität integriert und/oder gefiltert, vorzugsweise tiefpassgefiltert. In a preferred embodiment, the change in the short-circuit current is advantageously integrated and / or filtered, preferably low-pass filtered, in step b).
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt. Further measures improving the invention are shown below together with the description of the preferred exemplary embodiments of the invention with reference to figures.
Ausführungsbeispiele Es zeigt: Embodiments It shows:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Wechselrichteranordnung; 1 shows a circuit diagram of an inverter arrangement;
Fig. 2 ein Diagramm verschiedener Messwerte über die Zeit beim Entladen des Zwischenkreiskondensators; 2 shows a diagram of various measured values over time when the intermediate circuit capacitor is discharged;
Fig. 3 ein Diagramm verschiedener Messwerte über die Zeit bei einem 3 shows a diagram of various measured values over time in the case of a
Antaktpuls; Starting pulse;
Fig. 4 ein Flussdiagramm des Steuerungsverfahrens für eine Fig. 4 is a flowchart of the control method for a
Wechselrichteranordnung zum Entladen eines Inverter arrangement for discharging a
Zwischenkreiskondensators; und Intermediate circuit capacitor; and
Fig. 5 ein Fahrzeug mit einer Wechselrichteranordnung. 5 shows a vehicle with an inverter arrangement.
Fig. 1 zeigt eine Wechselrichteranordnung 10 umfassend eine Brückenschaltung 20. Die Brückenschaltung 20 ist als Halbbrücke ausgebildet, und umfasst einen Highside-Leistungshalbleiter TI und einen Lowside- Leistungshalbleiter T2, die in Reihe zueinander geschalten sind. Ein elektrischer Antrieb M, bevorzugt ein Phasenanschluss einer mehrphasigen elektrischen Maschine, ist zwischen dem Highside-Leistungshalbleiter TI und dem Lowside-Leistungshalbleiter T2 mit der Wechselrichteranordnung 10 verbunden. 1 shows an inverter arrangement 10 comprising a bridge circuit 20. The bridge circuit 20 is designed as a half-bridge and comprises a high-side power semiconductor TI and a low-side power semiconductor T2, which are connected in series with one another. An electric drive M, preferably a phase connection of a multi-phase electrical machine, is connected to the inverter arrangement 10 between the highside power semiconductor TI and the low-side power semiconductor T2.
Parallel zur Brückenschaltung 20 ist ein Zwischenkreiskondensator CZK angeordnet. An intermediate circuit capacitor CZK is arranged in parallel with the bridge circuit 20.
Die Wechselrichter Anordnung 10 umfasst weiter eine Steuervorrichtung 30 mit einem Mikroprozessor 31, die eingerichtet ist den Highside-Leistungshalbleiter TI und den Lowside- Leistungshalbleiter T2 zu steuern. Die Steuervorrichtung 30 steuert den Highside-Leistungshalbleiter TI über einen ersten Gattertreiber GTH und den Lowside-Leistungshalbleiter T2 über einen zweiten Gattertreiber GTL. Der erste Gattertreiber GTH weist eine erste Kapazität CI auf und der zweite Gattertreiber GTL weist eine zweite Kapazität C2 auf. Die erste Kapazität CI und die zweite Kapazität C2 sind Stützkondensatoren, die die Spannungsversorgung der jeweiligen Gattertreiber GTH, GTL stützen. Der zweite Gattertreiber GTL weist zudem eine Lowside-Gattertreiberversorgung VI auf, welche den zweiten Gattertreiber GTL mit Spannung versorgt. Über eine Hochspannungsdiode Dl ist der zweite Gattertreiber GTL mit dem ersten Gattertreiber GTH verbunden. Der erste Gattertreiber GTH wird über die Hochspannungsdiode Dl aus der Lowside- Gattertreiberversorgung VI heraus versorgt. Ein solches Verfahren wird als Bootstrap-Verfahren bezeichnet. The inverter arrangement 10 further comprises a control device 30 with a microprocessor 31, which is set up to control the high-side power semiconductor TI and the low-side power semiconductor T2. The control device 30 controls the highside power semiconductor TI via a first gate driver GTH and the lowside power semiconductor T2 via a second gate driver GTL. The first gate driver GTH has a first capacitance CI and the second gate driver GTL has a second capacitance C2. The first capacity CI and the second capacitance C2 are backup capacitors that support the voltage supply of the respective gate drivers GTH, GTL. The second gate driver GTL also has a low-side gate driver supply VI, which supplies the second gate driver GTL with voltage. The second gate driver GTL is connected to the first gate driver GTH via a high-voltage diode D1. The first gate driver GTH is supplied from the low-side gate driver supply VI via the high-voltage diode D1. Such a method is referred to as a bootstrap method.
Die Wechselrichteranordnung 10 umfasst weiter eine Hochspannungsbatterie HV, die die Wechselrichteranordnung 10 mit einem hohen Potenzial HV+ und einem niedrigen Potenzial HV- versorgt. The inverter arrangement 10 further comprises a high-voltage battery HV, which supplies the inverter arrangement 10 with a high potential HV + and a low potential HV-.
Der Highside-Leistungshalbleiter TI weist eine erste Zuflusselektrode SH, eine erste Abflusselektrode DH und eine erste Gatterelektrode GH auf. Der Lowside- Leistungshalbleiter T2 weist eine zweite Zuflusselektrode SL, eine zweite The highside power semiconductor TI has a first inflow electrode SH, a first outflow electrode DH and a first gate electrode GH. The low-side power semiconductor T2 has a second inflow electrode SL, a second one
Abflusselektrode DL und eine zweite Gatterelektrode GL auf. Die erste Drain electrode DL and a second gate electrode GL. The first
Zuflusselektrode SH liegt auf dem gleichen Potenzial wie die zweite Inlet electrode SH has the same potential as the second one
Abflusselektrode DL. Der elektrische Antrieb M liegt auf demselben Potenzial. Die erste Abflusselektrode DH ist mit dem hohen Potenzial HV+ verbunden. Zwischen der zweiten Zuflusselektrode SL und dem niedrigen Potenzial HV- ist eine Kurzschlussstrommessvorrichtung 40 angeordnet. Drain electrode DL. The electric drive M has the same potential. The first drain electrode DH is connected to the high potential HV +. A short-circuit current measuring device 40 is arranged between the second inflow electrode SL and the low potential HV-.
Die Kurzschlussstrommessvorrichtung 40 umfasst eine parasitäre Induktivität LI im Leistungspfad, also in dem Pfad der durch zumindest einen The short-circuit current measuring device 40 comprises a parasitic inductance LI in the power path, that is to say in the path through at least one
Leistungshalbleiter verläuft. An der Induktivität LI kann eine Veränderung des Kurzschlussstroms di/dt, also die Veränderung des Stroms durch den Power semiconductor runs. A change in the short-circuit current di / dt, that is to say the change in the current through the
Leistungspfad, gemessen werden. In der Figur 1 ist die Induktivität zwischen dem Lowside-Leistungshalbleiter und dem niedrigen Gleischspannungspotential angeordnet. Die Induktivität kann jedoch prinzipiell an jeder Stelle im Power path to be measured. In FIG. 1, the inductance is arranged between the low-side power semiconductor and the low DC voltage potential. The inductance can, however, in principle at any point in the
Leistungspfad angeordnet sein, insbesondere zwischen dem Phasenanschluss einer mehrphasigen elektrischen Maschine und dem Highside Leistungshalbleiter oder dem Lowside-Leistungshalbleiter. Auch eine Anordnung zwischen dem hohen Gleichspannungspotential und dem Highside-Leistungshalbleiter ist möglich. Die Kurzschlussstromessvorrichtung 40 umfasst außerdem einen Tiefpassfilter 41, der das gemessene Signal der Veränderung des Power path may be arranged, in particular between the phase connection of a multi-phase electrical machine and the high-side power semiconductor or the low-side power semiconductor. An arrangement between the high DC voltage potential and the highside power semiconductor is also possible. The short-circuit current measuring device 40 also includes one Low pass filter 41, which is the measured signal of the change in
Kurzschlussstroms di/dt tiefpassfiltert. Weiterhin umfasst die Short-circuit current di / dt low-pass filtered. Furthermore, the
Kurzschlussstrommessvorrichtung 40 einen Integrierer 42, der eingerichtet ist, dass Tiefpass gefilterte Signal zu integrieren. Das integrierte Signal wird an die Steuervorrichtung 30 weitergeleitet. Short-circuit current measuring device 40 an integrator 42, which is set up to integrate the low-pass filtered signal. The integrated signal is forwarded to the control device 30.
Die Steuervorrichtung 30 umfasst einen Komparator 32, zum Verarbeiten des integrierten Signals der Kurzschlussstromvorrichtung 40. Mit Hilfe des The control device 30 comprises a comparator 32 for processing the integrated signal of the short-circuit current device 40
Komparators 32 kann die Steuervorrichtung 30 erfassen, ob eine hohe Highside- Gatterspannung VGH, die bevorzugt einen vorgebbaren ersten Schwellenwert überschreitet, und eine hohe Veränderung, die bevorzugt einen vorgebbaren zweiten Schwellenwert überschreitet, des Kurzschlussstroms di/dt vorliegt. Ist dies der Fall, so detektiert die Steuervorrichtung 30 einen Kurzschluss. Comparator 32 can detect control device 30 whether there is a high highside gate voltage VGH, which preferably exceeds a predefinable first threshold value, and a large change, which preferably exceeds a predeterminable second threshold value, of short-circuit current di / dt. If this is the case, the control device 30 detects a short circuit.
Der Steuervorrichtung 30 ist ein Setz- Rücksetz- Flipflop 33 zugeordnet, um das Steuern des ersten Gattertreibers GTH umzusetzen. The control device 30 is assigned a set-reset flip-flop 33 in order to implement the control of the first gate driver GT H.
Zum Antakten steuert die Steuervorrichtung 30 den zweiten Gattertreiber GTL derart, dass an der zweiten Gatterelektrode GL eine Lowside-Gatterspannung VGL anliegt, welche den Lowside-Leistungshalbleiter T2 einschaltet. Während der Dauer des Antaktens bleibt der Lowside-Leistungshalbleiter T2 eingeschaltet. Sobald zusätzlich die Steuervorrichtung 30 den ersten Gattertreiber GTH derart steuert, dass an der ersten Gatterelektrode GH eine Highside- Gatterspannung VGH anliegt, welche den Highside-Leistungshalbleiter TI einschaltet, baut sich ein Kurzschlussstrom im Leistungspfad auf. Dieser Kurzschluss wird wie oben beschrieben von der Steuervorrichtung 30 detektiert, und die Steuervorrichtung 30 steuert den ersten Gattertreiber GTH derart, dass an der ersten For switching on, the control device 30 controls the second gate driver GTL in such a way that a low-side gate voltage VGL is applied to the second gate electrode GL, which turns on the low-side power semiconductor T2. The low-side power semiconductor T2 remains switched on for the duration of the starting. As soon as the control device 30 additionally controls the first gate driver GTH in such a way that a high-side gate voltage VGH, which switches on the high-side power semiconductor TI, is present at the first gate electrode GH, a short-circuit current builds up in the power path. This short circuit is detected by the control device 30 as described above, and the control device 30 controls the first gate driver GTH in such a way that the first
Gatterelektrode GH keine Highside- Gatterspannung VGH mehr anliegt. Gate electrode GH no longer has a high-side gate voltage VGH.
Dieser Vorgang wird mehrfach wiederholt und setzt somit die beschriebene Funktion des Antaktens um, um den Zwischenkreiskondensator CZK ZU entladen. This process is repeated several times and thus implements the described function of starting in order to discharge the intermediate circuit capacitor CZK.
Die Steuervorrichtung 30 schaltet den Highside-Leistungshalbleiter TI nicht nur dann ab, wenn ein Kurzschluss detektiert wurde, sondern auch nach dem Ablauf einer vorher festgelegten Zeit. Deshalb wird nicht direkt der Ausgang des The control device 30 switches off the highside power semiconductor TI not only when a short circuit has been detected, but also after a predetermined time has elapsed. Therefore, the output of the
Komparators 32 mit dem Setz- Rücksetz- Flipflop 33 verbunden, sondern der Ausgang des Komparators 32, der angibt, ob ein Kurzschluss detektiert wurde, oder-verknüpft mit dem Signal der Steuervorrichtung 30 für das Abschalten des Highside-Leistungshalbleiters TI aufgrund des Ablaufs einer vorher festgelegten Zeit. Comparator 32 connected to the set-reset flip-flop 33, but the Output of the comparator 32, which indicates whether a short circuit has been detected or is linked to the signal of the control device 30 for switching off the highside power semiconductor TI due to the expiry of a predetermined time.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm während des vollständigen Entladens des Fig. 2 shows a diagram during the complete discharge of the
Zwischenkreiskondensators durch Antakten über die Zeit. Aufgetragen sind die Flipflopausgangspannung VQ des Setz- Rücksetz- Flipflops 33, der DC link capacitor by clocking over time. The flip-flop output voltage VQ of the set-reset flip-flop 33 is shown
Kurzschlussstrom II durch die Induktivität LI im Leistungspfad und die Short circuit current II through the inductance LI in the power path and
Zwischenkreiskondensatorspannung VZK über dem Zwischenkreiskondensator CZK. Das Antakten wird etwa 0,37 Sekunden ausgeführt, bis der DC link capacitor voltage VZK across the DC link capacitor CZK. The pinning is carried out for about 0.37 seconds until the
Zwischenkreiskondensator CZK entladen ist. DC link capacitor CZK is discharged.
Während des Antaktens bewegt sich die Flipflopausgangsspannung VQ zwischen einem„High-Pegel“, in diesem Beispiel IV, zum Anschalten des Highside- Leistungshalbleiters TI und einem„Low-Pegel“, in diesem Beispiel 0V, zum Ausschalten des Highside-Leistungshaltleiters TI. Aufgrund mangelnder Auflösung, stellen sich die mehr als 1000 Schaltungsschritte hier als During the starting process, the flip-flop output voltage VQ moves between a “high level”, in this example IV, for switching on the highside power semiconductor TI and a “low level”, in this example 0V, for switching off the highside power semiconductor TI. Due to a lack of resolution, the more than 1000 switching steps here turn out to be
durchgehender Block dar. continuous block.
Das Gleiche gilt für den Kurzschlussstrom II, wobei aus dem Diagramm ersichtlich ist, dass der maximale Wert des Kurzschlussstroms II, für jeden Puls des Antaktens etwa gleich hoch ist. The same applies to the short-circuit current II, it being evident from the diagram that the maximum value of the short-circuit current II is approximately the same for each pulse of the starting.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm während nur eines einzelnen Pulses des Antaktens. Aufgetragen sind die die Zwischenkreiskondensatorspannung VZK, der Figure 3 shows a diagram during only a single pulse of starting. The DC link capacitor voltage VZK, the
Kurzschlussstrom II, die Highside-Gatterspannung VGH und die Eingänge sowie der Ausgang des Setz- Rücksetz- Flipflops 33. Der Setz- Rücksetz- Flipflop 33 hat einen Setzeingang, einen Rücksetzeingang und einen Ausgang, wobei am Setzeingang die Setzspannung VFFS anliegt, am Rücksetzeingang die Short-circuit current II, the high-side gate voltage VGH and the inputs and the output of the set-reset flip-flop 33. The set-reset flip-flop 33 has a set input, a reset input and an output, with the set voltage VFFS being present at the set input and the reset input at the
Rücksetzspannung VFFR anliegt und am Ausgang die Flipflop-Ausgangsspannung VFFQ anliegt. Das Zeitfenster ist wie zu sehen ungefähr 30 Nanosekunden breit. Die Zwischenkreiskondensatorspannung VZK bleibt bei solch einem kurzen Zeitfenster nahezu konstant. Ein einzelner Puls des Antaktens hat keinen großen Einfluss auf die Zwischenkreiskondensatorspannung VZK. Nach etwa 10 Nanosekunden steuert die Steuervorrichtung 30 die Setzspannung VFFS auf IV, wodurch der Setz- Rücksetz- Flipflop 33 eine Flipflop-Ausgangsspannung VFFQ - Ausgangspegel von High - von IV setzt. Dies führt zu einer Highside- Gatespannung VGH abhängig von der Gatetreiberversorgung, in diesem Beispiel von 16V. Der Highside-Leistungshalbleiter TI ist somit angeschalten und begibt sich von dem Sperrbereich in den Sättigungsbereich. Folglich beginnt sich ein Kurzschlussstrom II im Leistungspfad aufzubauen. Dieser führt über die Reset voltage VFFR is present and the flip-flop output voltage VFFQ is present at the output. As can be seen, the time window is approximately 30 nanoseconds wide. The DC link capacitor voltage VZK remains almost constant with such a short time window. A single pulse of starting does not have a major influence on the intermediate circuit capacitor voltage VZK. After about 10 Nanoseconds, the controller 30 controls the set voltage VFFS to IV, whereby the set-reset flip-flop 33 sets a flip-flop output voltage VFFQ - high output level from IV. This leads to a high-side gate voltage VGH depending on the gate driver supply, in this example of 16V. The high-side power semiconductor TI is thus switched on and moves from the blocking area into the saturation area. As a result, a short-circuit current II begins to build up in the power path. This leads over the
Kurzschlussstrommessvorrichtung 40 zu einer steigenden Rücksetzspannung VFFR. In diesem Beispiel wird nach ein paar Nanosekunden der Kurzschluss detektiert und die Rücksetzspannung VFFR überschreitet einen Grenzwert. Die Setzspannung VFFS und die Flipflop-Ausgangsspannung VFFQ fallen wieder auf den Low-Pegel, in diesem Beispiel auf 0V. Die Highside-Gatespannung VGH fällt in diesem Beispiel auf 0V. der Highside-Leistungshalbleiter TI ist somit aufgeschaltet. Der Kurzschlussstrom II fällt daraufhin wieder auf 0A. Auf diese Weise wir der Zwischenkreiskondensator VZK schrittweise entladen. Short-circuit current measuring device 40 to a rising reset voltage VFFR. In this example, the short circuit is detected after a few nanoseconds and the reset voltage VFFR exceeds a limit value. The set voltage VFFS and the flip-flop output voltage VFFQ fall back to the low level, in this example to 0V. The high-side gate voltage VGH drops to 0V in this example. the highside power semiconductor TI is now switched on. The short-circuit current II then drops back to 0A. In this way, the intermediate circuit capacitor VZK is gradually discharged.
Fig. 4 zeigt das Steuerungsverfahren für eine Wechselrichteranordnung 10 zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators CZK. In einem ersten Schritt a) wird ein Highside-Leistungshalbleiters TI einer Brückenschaltung 20 durch eine Steuervorrichtung 30 geschlossen. Danach wird in Schritt b) ein 4 shows the control method for an inverter arrangement 10 for discharging an intermediate circuit capacitor CZK. In a first step a), a high-side power semiconductor TI of a bridge circuit 20 is closed by a control device 30. Then in step b)
Kurzschlussstrom an einem Zuflussanschluss SL eines Lowside- Leistungshalbleiters T2 der Brückenschaltung 20 durch eine Short-circuit current at an inflow connection SL of a low-side power semiconductor T2 of the bridge circuit 20 through a
Kurzschlussstrommessvorrichtung 40 gemessen. In dem darauffolgenden Schritt c) wird ein Kurzschluss in der Brückenschaltung 20 durch die Steuervorrichtung 30 basierend auf dem gemessenen Kurzschlussstrom II detektiert. Schließlich wird der Highside-Leistungshalbleiters TI durch die Steuervorrichtung 30 basierend auf dem detektierten Kurzschlussgeöffnet. Die Schritte a) bis d) stellen einen Antakt-Puls dar. Somit wird über Schleife e) die Schritte a) bis d) solange wiederholt, um die Funktion Antakten des Highside-Leistungshalbleiters TI zur Verfügung zu stellen, bis der Zwischenkreiskondensator CZK entladen ist. Short-circuit current measuring device 40 measured. In the subsequent step c), a short circuit in the bridge circuit 20 is detected by the control device 30 based on the measured short circuit current II. Finally, the highside power semiconductor TI is opened by the control device 30 based on the detected short circuit. Steps a) to d) represent a contact pulse. Steps a) to d) are thus repeated via loop e) until the function of contacting the highside power semiconductor TI is available until the intermediate circuit capacitor CZK is discharged .
Fig. 5 zeigt ein Fahrzeug 50 mit einer Wechselrichteranordnung 10. 5 shows a vehicle 50 with an inverter arrangement 10.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Wechselrichteranordnung (10), umfassend: 1. Inverter arrangement (10) comprising:
eine Brückenschaltung (20) umfassend mindestens einen ersten a bridge circuit (20) comprising at least a first one
Leistungshalbleiter (TI) und einen zweiten Leistungshalbleiter (T2), die in Reihe zueinander geschalten sind; Power semiconductors (TI) and a second power semiconductor (T2), which are connected in series to one another;
einen Zwischenkreiskondensator (CZK), der parallel zu dem ersten Leistungshalbleiter (TI) und dem zweiten Leistungshalbleiter (T2) geschalten ist; eine Steuervorrichtung (30), die eingerichtet ist, den ersten an intermediate circuit capacitor (CZK) which is connected in parallel with the first power semiconductor (TI) and the second power semiconductor (T2); a control device (30) which is set up the first
Leistungshalbleiter (TI) und den zweiten Leistungshaltleiter (T2) zu steuern; wobei Control power semiconductors (TI) and the second power semiconductor (T2); in which
der zweite Leistungshalbleiter (T2) einen Anschluss (Si_) aufweist und an dem Anschluss (Si_) eine Kurzschlussstrommessvorrichtung (40) angeordnet ist, die eingerichtet ist, einen Kurzschlussstrom der Brückenschaltung (20) zu messen, und wobei the second power semiconductor (T2) has a connection (Si_) and a short-circuit current measuring device (40), which is set up to measure a short-circuit current of the bridge circuit (20), is arranged on the connection (Si_), and wherein
die Steuervorrichtung (30) eingerichtet ist, basierend auf dem the control device (30) is set up based on the
gemessenen Kurzschlussstroms einen Kurzschluss in der Brückenschaltung (20) zu detektieren und durch Antakten des ersten Leistungshalbleiters (TI) basierend auf der Detektion des Kurzschlusses den Zwischenkreiskondensator (CZK) ZU entladen. measured short-circuit current to detect a short circuit in the bridge circuit (20) and to discharge the intermediate circuit capacitor (CZK) by contacting the first power semiconductor (TI) based on the detection of the short circuit.
2. Wechselrichteranordnung (10) gemäß Anspruch 1, wobei 2. Inverter arrangement (10) according to claim 1, wherein
die Kurzschlussstrommessvorrichtung (40) eingerichtet ist, den the short-circuit current measuring device (40) is set up, the
Kurzschlussstrom mit einer Zeitauflösung von unter 1 Mikrosekunde zu messen. Measure short-circuit current with a time resolution of less than 1 microsecond.
3. Wechselrichteranordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei 3. Inverter arrangement (10) according to one of claims 1 or 2, wherein
die Kurzschlussstrommessvorrichtung (40) eine Induktivität (LI) umfasst und the short-circuit current measuring device (40) comprises an inductance (LI) and
die Kurzschlussstrommessvorrichtung (40) eingerichtet ist, über die Induktivität (LI) eine Veränderung des Kurzschlussstroms zu messen. the short-circuit current measuring device (40) is set up to measure a change in the short-circuit current via the inductance (LI).
4. Wechselrichteranordnung (10) gemäß Anspruch 3, wobei 4. Inverter arrangement (10) according to claim 3, wherein
die Steuervorrichtung (30) eingerichtet ist, den Kurzschluss in der Brückenschaltung (20) basierend auf einer Gatterspannung (VGH) des ersten Leistungshalbleiters (TI) und der Veränderung des Kurzschlussstroms (di/dt) zu detektieren. the control device (30) is set up to short-circuit in the bridge circuit (20) based on a gate voltage (VGH) of the first Power semiconductor (TI) and the change in short-circuit current (di / dt) to detect.
5. Wechselrichteranordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei 5. Inverter arrangement (10) according to one of claims 3 or 4, wherein
die Kurzschlussstrommessvorrichtung (40) eingerichtet ist, die the short-circuit current measuring device (40) is set up, the
Veränderung des Kurzschlussstroms (di/dt) zu integrieren und/oder zu filtern, vorzugsweise zu tiefpassfiltern. To integrate and / or filter changes in the short-circuit current (di / dt), preferably to low-pass filters.
6. Antriebssystem für eine elektrische Maschine (M), umfassend eine 6. Drive system for an electrical machine (M), comprising a
Wechselrichteranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5. Inverter arrangement (10) according to one of Claims 1 to 5.
7. Fahrzeug, umfassend eine Wechselrichteranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5. 7. Vehicle comprising an inverter arrangement (10) according to one of claims 1 to 5.
8. Steuerungsverfahren für eine Wechselrichteranordnung (10) zum 8. Control method for an inverter arrangement (10) for
Entladen eines Zwischenkreiskondensators (CZK), umfassend die Schritte: a) Schließen eines ersten Leistungshalbleiters (TI) einer Brückenschaltung (20) durch eine Steuervorrichtung (30); Discharging an intermediate circuit capacitor (CZK), comprising the steps of: a) closing a first power semiconductor (TI) of a bridge circuit (20) by a control device (30);
b) Messen eines Kurzschlussstroms an einem Anschluss (Si_) eines zweiten Leistungshalbleiters (T2) der Brückenschaltung (20) durch eine b) measuring a short-circuit current at a connection (Si_) of a second power semiconductor (T2) of the bridge circuit (20) through a
Kurzsch lussstrom messvorrichtu ng (40) ; Short-circuit current measuring device (40);
c) Detektieren eines Kurzschlusses in der Brückenschaltung (20) durch die Steuervorrichtung (30) basierend auf dem gemessenen c) Detecting a short circuit in the bridge circuit (20) by the control device (30) based on the measured
Kurzschlussstrom; Short-circuit current;
d) Öffnen des ersten Leistungshalbleiters (TI) durch die Steuervorrichtung (30) basierend auf dem detektierten Kurzschluss; und d) opening the first power semiconductor (TI) by the control device (30) based on the detected short circuit; and
e) Wiederholen der Schritte a) bis d), um die Funktion Antakten des ersten Leistungshalbleiters (TI) zur Verfügung zu stellen, bis der e) repeating steps a) to d) in order to provide the function of contacting the first power semiconductor (TI) until the
Zwischenkreiskondensator (CZK) entladen ist. DC link capacitor (CZK) is discharged.
9. Steuerungsverfahren gemäß Anspruch 8, wobei 9. The control method according to claim 8, wherein
in Schritt b) eine Veränderung des Kurzschlussstroms (di/dt) an einer Induktivität (LI) durch die Kurzschlussstrommessvorrichtung (40) gemessen wird, wobei die Steuervorrichtung in Schritt c) den Kurzschluss in der in step b) a change in the short-circuit current (di / dt) at an inductance (LI) is measured by the short-circuit current measuring device (40), wherein the control device in step c) the short circuit in the
Brückenschaltung (20) basierend auf einer Gatterspannung (VGH) des Highside- Leistungshalbleiters (TI) und der Veränderung des Kurzschlussstroms (di/dt) detektiert. Bridge circuit (20) based on a gate voltage (VGH) of the high-side power semiconductor (TI) and the change in the short-circuit current (di / dt) detected.
10. Steuerungsverfahren gemäß Anspruch 9, wobei 10. The control method according to claim 9, wherein
in Schritt b) die Veränderung des Kurzschlussstroms (di/dt) an der Induktivität (LI) integriert und/oder gefiltert wird, vorzugsweise tiefpassgefiltert wird. in step b) the change in the short-circuit current (di / dt) at the inductance (LI) is integrated and / or filtered, preferably low-pass filtered.
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