DE102012109283A1 - Power converter of electrical machine used for feeding three-phase motor of motor vehicle, has electrical resistance that is provided in circuit portion at same time through decoupling element - Google Patents

Power converter of electrical machine used for feeding three-phase motor of motor vehicle, has electrical resistance that is provided in circuit portion at same time through decoupling element Download PDF

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Abstract

The power converter (1) has a voltage intermediate circuit (7) that is configured for supplying an intermediate circuit voltage (UZK). A power unit (2) configured for converting electrical energy. A second voltage tap configured for picking up a second component voltage from the intermediate circuit voltage. A decoupling element configured to execute function of the circuit portion in a first switching state. An electrical resistance is provided in the circuit portion at the same time through the decoupling element. Independent claims are included for the following: (1) an electrical machine; (2) a motor vehicle; and (3) a method for operating a power converter.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Leistungselektronik und betrifft einen Stromrichter zum Speisen einer elektrischen Maschine mit einer Betriebsspannung, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Stromrichters. The present invention is in the field of power electronics and relates to a power converter for feeding an electrical machine with an operating voltage, and a method for operating such a power converter.

Stand der Technik Vor dem Hintergrund schwindender fossiler Ressourcen werden moderne Kraftfahrzeuge zunehmend mit einem Elektro- oder Hybridantrieb ausgestattet. Im Hinblick auf die erforderliche Antriebskraft müssen Antriebsmaschinen von Kraftfahrzeugen mit einer im Vergleich zum Bordnetz erheblich höheren Betriebsspannung von beispielsweise 400 bis 900 Volt betrieben werden, die typischer Weise von Gleichstromquellen wie Akkumulatoren oder Brennstoffzellen bereitgestellt wird. In der Fahrzeugtechnik werden überwiegend Drehstrommotoren (permanent- oder fremderregte Asynchron- oder Synchronmotoren) eingesetzt, die von einem Wechselrichter gespeist werden. Durch den Wechselrichter können Drehrichtung und Drehzahl der Antriebsmaschine bedarfsgerecht an die jeweilige Fahrsituation angepasst werden.BACKGROUND OF THE INVENTION Against the background of dwindling fossil resources, modern motor vehicles are increasingly being equipped with an electric or hybrid drive. In view of the required driving force drive machines of motor vehicles must be operated with a considerably higher operating voltage of for example 400 to 900 volts compared to the electrical system, which is typically provided by DC sources such as batteries or fuel cells. In vehicle technology, predominantly three-phase motors (permanent or externally excited asynchronous or synchronous motors) are used, which are fed by an inverter. Due to the inverter, the direction of rotation and the speed of the drive machine can be adjusted as needed to the respective driving situation.

In einer typischen Bauweise verfügen Wechselrichter über einen Spannungszwischenkreis mit einem Ladungsspeicher zur Speisung einer Leistungseinheit, in der der Gleichstrom in Wechselstrom umgesetzt wird. Durch den Ladungsspeicher wird eine Spannungsstützung und -glättung für den Betrieb der Antriebsmaschine erreicht. Der grundsätzliche Aufbau eines Wechselrichters mit Spannungszwischenkreis ist dem Fachmann an sich bekannt und in der Patentliteratur bereits ausführlich beschrieben worden. Lediglich beispielhaft sei in diesem Zusammenhang auf die deutsche Patentschrift DE 19710371 C1 verwiesen.In a typical design, inverters have a voltage link with a charge storage to power a power unit in which the DC is converted to AC. Through the charge storage voltage support and smoothing for the operation of the drive machine is achieved. The basic structure of an inverter with voltage intermediate circuit is known per se to the person skilled in the art and has already been described in detail in the patent literature. For example only in this context, the German patent DE 19710371 C1 directed.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, herkömmliche Stromrichter so weiterzubilden, dass unterschiedliche Funktionen des Stromrichters, welche im Zusammenhang mit dem Spannungszwischenkreis stehen, in sehr kompakter und wenig komplexer Art und Weise sowie mit geringer Fehleranfälligkeit realisierbar sind. Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch einen Stromrichter und ein Verfahren zum Betreiben eines Stromrichters mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.The object of the present invention is to develop conventional power converters so that different functions of the power converter, which are related to the voltage intermediate circuit, in a very compact and less complex manner and with low error rate can be realized. These and other objects are achieved according to the proposal of the invention by a power converter and a method for operating a power converter with the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are indicated by the features of the subclaims.

Wie hier und im Weiteren verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Stromrichter" auf an sich bekannte Vorrichtungen zur Wandlung von elektrischer Energie. Stromrichter in diesem Sinne sind insbesondere ein- oder mehrphasige Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler (DC/AC-Wandler) bzw. Wechselrichter, beispielsweise 3-Phasen-Wechselrichter. As used herein and hereinafter, the term "power converter" refers to devices known per se for the conversion of electrical energy. Converters in this sense are in particular single-phase or multi-phase DC / AC converters (DC / AC converters) or inverters, for example 3-phase inverters.

Der erfindungsgemäße Stromrichter dient zum Speisen einer elektrischen Maschine mit einer Betriebsspannung. Wie üblich umfasst der Stromrichter eine durch eine Steuerschaltung ansteuerbare Leistungseinheit zum Umwandeln von elektrischer Energie, welche insbesondere der Erzeugung von einer oder mehreren Wechselstromphasen aus Gleichstrom dient. Durch einen Spannungszwischenkreis mit einem Ladungsspeicher kann eine Zwischenkreisspannung für die Leistungseinheit bereit gestellt werden.The power converter according to the invention is used to power an electrical machine with an operating voltage. As usual, the power converter comprises a power unit, which can be controlled by a control circuit, for converting electrical energy, which in particular serves to generate one or more alternating current phases from direct current. By means of a voltage intermediate circuit with a charge storage device, an intermediate circuit voltage for the power unit can be provided.

Der Stromrichter umfasst zu diesem Zweck beispielsweise eine Brückenschaltung mit einer oder mehreren Halbbrücken, in denen jeweils zwei Leistungsschalter mit ihren Laststrompfaden in Serienschaltung angeordnet sind. Hierbei ist ein erster Leistungsschalter ("TOP-Schalter") mit seinem Laststromeingang an ein oberes bzw. höheres Potential (DC+) des Spannungszwischenkreises und ein zweiter Leistungsschalter ("BOT-Schalter") mit seinem Laststromausgang an ein unteres bzw. niedrigeres Potential (DC–) des Spannungszwischenkreises angeschlossen. Ein Mittelabgriff zwischen TOP- und BOT-Schalter bildet einen Lastausgang der Halbbrücke zur Verbindung der Wechselstromphase mit einer elektrischen Last. Solche Leistungsschalter sind typischer Weise zum Leiten von elektrischen Strömen von mehreren hundert Ampere und Sperren von Spannungen bis ca. 1000 Volt ausgelegt. In der Praxis werden hierfür meist Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IBGT) oder Feldeffekttransistoren (FET), insbesondere Metalloxid-Feldeffekttransistoren (MOSFET), eingesetzt. The power converter includes for this purpose, for example, a bridge circuit with one or more half-bridges, in each of which two power switches are arranged with their load current paths in series. Here, a first power switch ("TOP switch") with its load current input to an upper or higher potential (DC +) of the voltage intermediate circuit and a second power switch ("BOT switch") with its load current output to a lower or lower potential (DC -) connected to the voltage intermediate circuit. A center tap between the TOP and BOT switches forms a load output of the half-bridge for connecting the AC phase to an electrical load. Such circuit breakers are typically designed to carry electrical currents of several hundred amps and block voltages up to about 1000 volts. In practice, bipolar transistors with insulated gate electrode (IBGT) or field effect transistors (FET), in particular metal oxide field effect transistors (MOSFET), are usually used for this purpose.

Die Steuerschaltung zur Ansteuerung der Leistungsschalter ist in einen primärseitigen Schaltungsteil und einen sekundärseitigen Schaltungsteil unterteilt, wobei der primärseitige Schaltungsteil (Niedervoltseite) und der sekundärseitige Schaltungsteil (Hochvoltseite) durch wenigstens eine galvanisch trennende Übertragungseinrichtung galvanisch getrennt, aber datentechnisch miteinander verbunden sind. Der primärseitige Schaltungsteil umfasst einen Steuerlogikbaustein zum Erzeugen von Steuersignalen zur Ansteuerung der Leistungsschalter. Wie üblich werden die Steuersignale im sekundärseitigen Schaltungsteil durch Treiberschaltungen in Steuerspannungen zum Ein- oder Ausschalten der Leistungsschalter umgesetzt.The control circuit for driving the power switch is divided into a primary-side circuit part and a secondary-side circuit part, wherein the primary-side circuit part (low-voltage side) and the secondary-side circuit part (high-voltage side) are electrically isolated by at least one galvanically isolating transmission device, but data-technically connected to each other. The primary-side circuit part comprises a control logic module for generating control signals for driving the power switches. As usual, the control signals in the secondary-side circuit part are converted by driver circuits into control voltages for switching the power switches on or off.

Erfindungsgemäß weist der Stromrichter eine Zusatzschaltung auf, welche einen an Spannungszwischenkreis angeschlossenen Spannungsteiler (Widerstandskette) mit wenigstens zwei Ohmschen Widerständen umfasst. Durch den Spannungsteiler sind die beiden Zwischenkreisleitungen des Spannungszwischenkreises kurzgeschlossen. According to the invention, the power converter has an additional circuit which comprises a voltage divider (resistance chain) connected to voltage intermediate circuit with at least two ohmic resistors. By the Voltage dividers are shorted to the two DC link lines of the voltage intermediate circuit.

Zudem umfasst die Zusatzschaltung einen ersten Spannungsabgriff am Spannungsteiler zum Abgreifen einer ersten Teilspannung von der Zwischenkreisspannung, wobei der erste Spannungsabgriff mit einem Schaltungsteil mit einem Funktionselement zum Ausführen einer Funktion elektrisch verbunden ist. Des Weiteren umfasst die Zusatzschaltung mindestens einen zweiten Spannungsabgriff am Spannungsteiler uum Abgreifen einer zweiten Teilspannung von der Zwischenkreisspannung, wobei der zweite Spannungsabgriff mit mindestens einem weiteren Schaltungsteil mit einem weiteren Funktionselement zum Ausführen einer weiteren Funktion elektrisch verbunden ist. Der erste Spannungsabgriff und der zweite Spannungsabgriff können als gemeinsamer Spannungsabgriff ausgeführt sein. Vorzugsweise ist der zweite Spannungsabgriff verschieden vom ersten Spannungsabgriff, wobei durch den zweiten Spannungsabgriff eine zweite Teilspannung von der Zwischenkreisspannung abgegriffen wird, welche von der vom ersten Spannungsabgriff abgegriffenen ersten Teilspannung verschieden ist. Die Funktionen der Funktionselemente sind voneinander verschieden. In addition, the additional circuit comprises a first voltage tap on the voltage divider for tapping a first partial voltage from the intermediate circuit voltage, wherein the first voltage tap is electrically connected to a circuit part having a functional element for performing a function. Furthermore, the additional circuit comprises at least one second voltage tap on the voltage divider for tapping a second partial voltage from the intermediate circuit voltage, wherein the second voltage tap is electrically connected to at least one further circuit part with a further functional element for performing a further function. The first voltage tap and the second voltage tap can be designed as a common voltage tap. Preferably, the second voltage tap is different from the first voltage tap, wherein the second voltage tap taps off a second partial voltage from the intermediate circuit voltage, which is different from the first partial voltage tapped from the first voltage tap. The functions of the functional elements are different from each other.

Wesentlich hierbei ist, dass die Schaltungsteile jeweils über ein schaltbares Entkopplungsglied zur elektrischen Entkopplung von den anderen Schaltungsteilen verfügen, wobei die Entkopplungsglieder jeweils einen Schalter aufweisen und so ausgebildet sind, dass in einem ersten Schaltzustand des Schalters die Funktion des zugehörigen Schaltungsteils ausführbar ist und in einem zweiten Schaltzustand des Schalters die Funktion des zugehörigen Schaltungsteils nicht ausführbar ist und zugleich im zweiten Schaltzustand ein durch das Entkopplungsglied definierter elektrischer Widerstand im zugehörigen Schaltungsteil vorliegt. It is essential here that the circuit parts each have a switchable decoupling element for electrical decoupling of the other circuit parts, wherein the decoupling elements each have a switch and are designed so that in a first switching state of the switch, the function of the associated circuit part is executable and in one second switching state of the switch, the function of the associated circuit part is not executable and at the same time in the second switching state is defined by the decoupling element electrical resistance in the associated circuit part.

Wie hier verwendet, bezeichnet der Begriff "Entkopplung" einen Zustand eines Schaltungsteils der Zusatzschaltung, bei dem die zugehörige Funktion nicht ausführbar ist und der Schalterteil eine durch das Entkopplungsglied vorgegebenen bzw. vorgebbaren, definierten elektrischen Widerstand (Impedanz) aufweist.As used herein, the term "decoupling" refers to a state of a circuit portion of the supplemental circuit in which the associated function is not executable and the switch portion has a predetermined electrical resistance (impedance) predetermined by the decoupling member.

Der erfindungsgemäße Stromrichter ermöglicht somit in vorteilhafter Weise die Ausführung verschiedener Funktionen im Zusammenhang mit der Zwischenkreisspannung, insbesondere die Bereitstellung einer Mess- und/oder Versorgungsspannung bzw. Steuerspannung, welche als Teilspannung(en) von der Zwischenkreisspannung an einem einzigen Spannungsteiler abgegriffen werden. Der Stromrichter kann somit sehr kompakt ausgeführt werden, wobei das Design durch die Vermeidung komplexer Kriech- und Luftstrecken vereinfacht ist. The power converter according to the invention thus advantageously allows the execution of various functions in connection with the intermediate circuit voltage, in particular the provision of a measuring and / or supply voltage or control voltage, which are tapped as a partial voltage (s) of the intermediate circuit voltage to a single voltage divider. The power converter can thus be made very compact, the design is simplified by avoiding complex creepage distances and clearances.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromrichters sind die Entkopplungsglieder jeweils dazu ausgebildet, den zugehörigen Spannungsabgriff mit einer Zwischenkreisleitung elektrisch zu verbinden. Typischer Weise sind die Entkopplungsglieder jeweils an jene Zwischenkreisleitung, die mit dem unteren bzw. niedrigeren Potential der Zwischenkreisspannung beaufschlagt ist. Vorteilhaft umfassen die Entkopplungsglieder zu diesem Zweck jeweils eine Serienschaltung aus einem Ohmschen Vorschaltwiderstand, wobei das Funktionselement mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Vorschaltwiderstand und dem Transistor elektrisch verbunden ist. Durch diese Gestaltung können die Entkopplungsglieder in der Serienfertigung kostengünstig und technisch besonders einfach und zuverlässig realisiert werden. In an advantageous embodiment of the power converter according to the invention, the decoupling members are each designed to electrically connect the associated voltage tap with a DC link. Typically, the decoupling members are in each case to those intermediate circuit line, which is acted upon by the lower or lower potential of the intermediate circuit voltage. For this purpose, the decoupling members advantageously each comprise a series connection of an ohmic ballast resistor, wherein the functional element is electrically connected to a connection point between the ballast resistor and the transistor. With this design, the decoupling elements in mass production can be realized inexpensively and technically particularly simply and reliably.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromrichters weist der Spannungsteiler wenigstens drei Ohmsche Widerstände auf, wobei der erste Spannungsabgriff die erste Teilspannung zwischen einem ersten Paar Ohmscher Widerstände abgreift und der zweite Spannungsabgriff die zweite Teilspannung zwischen einem zweiten Paar Ohmscher Widerstände abgreift, wobei die beiden Paare Ohmscher Widerstände voneinander verschieden sind. Durch diese Maßnahme können die Funktionselemente in einfacher Weise mit verschiedenen Teilspannungen der Zwischenkreisspannung beaufschlagt werden, wobei die Teilspannungen soweit reduzierbar sind, dass die Funktionselemente und Entkopplungsglieder nur eine geringe Spannungsfestigkeit aufweisen müssen. Hierdurch können Kosten in der Serienfertigung eingespart werden. Insbesondere in diesem Fall ist es von Vorteil, wenn die beiden Paare Ohmscher Widerstände einen gemeinsamen Ohmschen Widerstand aufweisen, der dann gleichzeitig als Vorschaltwiderstand für ein Funktionselement dienen kann. In a further advantageous embodiment of the power converter according to the invention, the voltage divider at least three ohmic resistors, wherein the first voltage tap picks up the first partial voltage between a first pair of ohmic resistors and the second voltage tap picks up the second partial voltage between a second pair of ohmic resistors, wherein the two pairs Ohmic resistances are different from each other. By this measure, the functional elements can be acted upon in a simple manner with different partial voltages of the DC link voltage, wherein the partial voltages are reduced so far that the functional elements and decoupling must have only a low dielectric strength. As a result, costs can be saved in series production. In particular, in this case, it is advantageous if the two pairs of ohmic resistors have a common ohmic resistance, which can then simultaneously serve as a ballast resistor for a functional element.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromrichters ist der zweite Spannungsabgriff mit einer Mehrzahl Schaltungsteile verbunden, die jeweils mit einem Funktionselement zum Ausführen einer Funktion versehen sind. Durch diese Maßnahme können im Stromrichter eine Mehrzahl Funktionen, bei der eine Teilspannung von der Zwischenkreisspannung abgegriffen wird, in technisch einfacher und kostengünstiger Weise realisiert werden. In a further advantageous embodiment of the power converter according to the invention, the second voltage tap is connected to a plurality of circuit parts which are each provided with a functional element for performing a function. As a result of this measure, a plurality of functions in which a partial voltage is tapped from the intermediate circuit voltage can be realized in the power converter in a technically simple and cost-effective manner.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromrichters ist ein an den ersten Spannungsabgriff angeschlossener erster Schaltungsteil dazu ausgebildet ist, die Zwischenkreisspannung zu messen, und/oder ein an den zweiten Spannungsabgriff angeschlossener zweiter Schaltungsteil dazu ausgebildet, eine Anlaufschaltung mit einer Versorgungsspannung zu speisen, und/oder ein an den zweiten Spannungsabgriff angeschlossener dritter Schaltungsteil dazu ausgebildet ist, den Spannungszwischenkreis aktiv (steuerbar) zu entladen. Hierbei sind besonders wichtige Funktionen des Stromrichters in einfacher Weise realisiert. Vorteilhaft umfasst zu diesem Zweck der erste Schaltungsteil einen Analog-Digital-Wandler, und/oder der zweite Schaltungsteil einen Ladungsspeicher, und/oder der dritte Schaltungsteil eine Serienschaltung aus Leistungstransistor und PTC-Widerstand. In a further advantageous embodiment of the power converter according to the invention, a connected to the first voltage tap first circuit part is adapted to measure the DC link voltage, and / or a to the second voltage tap connected second circuit part adapted to supply a start-up circuit with a supply voltage, and / or connected to the second voltage tap third circuit part is designed to actively (controllably) to discharge the voltage link. In this case, particularly important functions of the power converter are realized in a simple manner. Advantageously, for this purpose, the first circuit part comprises an analog-to-digital converter, and / or the second circuit part a charge storage, and / or the third circuit part comprises a series circuit of power transistor and PTC resistor.

Bei einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromrichters besteht der Spannungsteiler aus nur zwei Ohmschen Widerständen, wobei der erste Spannungsabgriff und der zweite Spannungsabgriff als gemeinsamer Spannungsabgriff ausgebildet sind. In an alternative embodiment of the power converter according to the invention, the voltage divider consists of only two ohmic resistors, wherein the first voltage tap and the second voltage tap are designed as a common voltage tap.

Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf eine elektrische Maschine mit einem wie oben beschrieben ausgebildeten Stromrichter zur Speisung mit einer Betriebsspannung. The invention further extends to an electric machine with a power converter designed as described above for feeding with an operating voltage.

Des Weiteren erstreckt sich die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Elektro- oder Hybridantrieb, das mit einer solchen elektrischen Maschine mit Stromrichter als Antriebsmaschine ausgerüstet ist. Furthermore, the invention extends to a motor vehicle with an electric or hybrid drive, which is equipped with such an electric machine with power converter as a drive machine.

Ferner erstreckt sich die Erfindung auf Verfahren zum Betreiben eines Stromrichters mit einem Spannungszwischenkreis zum Bereitstellen einer Zwischenkreisspannung für eine Leistungseinheit zum Umwandeln von elektrischer Energie. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

  • – Abgreifen einer ersten Teilspannung von der Zwischenkreisspannung (UZK) zum Beaufschlagen eines Funktionselements zum Ausführen einer Funktion eines ersten Schaltungsteils einer Zusatzschaltung mit der ersten Teilspannung,
  • – Abgreifen einer zweiten Teilspannung von der Zwischenkreisspannung (UZK) zum Beaufschlagen mindestens eines weiteren Funktionselements zum Ausführen einer weiteren Funktion eines zweiten Schaltungsteils der Zusatzschaltung mit der zweiten Teilspannung,
Furthermore, the invention extends to methods for operating a power converter with a voltage intermediate circuit for providing an intermediate circuit voltage for a power unit for converting electrical energy. The method comprises the following steps:
  • Picking up a first partial voltage from the intermediate circuit voltage (U ZK ) to apply a functional element for carrying out a function of a first circuit part of an additional circuit with the first partial voltage,
  • - Picking up a second partial voltage from the intermediate circuit voltage (U ZK ) for applying at least one further functional element for carrying out a further function of a second circuit part of the additional circuit with the second partial voltage,

wobei mindestens ein Funktionselement von mindestens einem anderen Funktionselement elektrisch entkoppelt wird, wenn das andere Funktionselement seine Funktion ausführt, wobei ein definierter elektrischer Widerstand im Schaltungsteil des einen Funktionselements erzeugt wird. Insbesondere kann hierbei zusätzlich ein Ausführen der Funktion des einen Funktionselements blockiert werden. wherein at least one functional element of at least one other functional element is electrically decoupled when the other functional element performs its function, wherein a defined electrical resistance in the circuit part of the one functional element is generated. In particular, in this case additionally execution of the function of the one functional element can be blocked.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein definierter elektrischer Widerstand im Schaltungsteil des einen Funktionselements durch elektrisches Verbinden eines Spannungsabgriffs zum Abgreifen der zum Schaltungsteil zugehörigen Teilspannung mit einem Potential, insbesondere dem unteren Potential, der Zwischenkreisspannung erzeugt. In an advantageous embodiment of the method, a defined electrical resistance in the circuit part of a functional element by electrically connecting a Spannungsabgriffs for tapping the circuit part associated partial voltage with a potential, in particular the lower potential, the intermediate circuit voltage is generated.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden von den Funktionselementen eine oder mehrere der folgenden Funktionen ausgeführt:

  • – Messen der Zwischenkreisspannung,
  • – Beaufschlagen einer Anlaufschaltung mit einer Versorgungsspannung,
  • – aktives Entladen des Zwischenkreises.
In a further advantageous embodiment of the method, one or more of the following functions are performed by the functional elements:
  • - measuring the intermediate circuit voltage,
  • - applying a start-up circuit with a supply voltage,
  • - Active unloading of the DC link.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dessen Ausgestaltungen erreichten Vorteile wurden bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Stromrichter beschrieben, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die dortigen Ausführungen verwiesen wird. The advantages achieved with the method according to the invention and its embodiments have already been described in connection with the converter according to the invention, so that reference is made to the statements there to avoid repetition.

Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen herkömmlicher Stromrichter und deren Betriebsverfahren zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the various embodiments of the invention can be implemented individually or in any combination in order to achieve improvements of conventional power converters and their operating methods. In particular, the features mentioned above and to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Es zeigen:The invention will now be explained in more detail with reference to an embodiment, reference being made to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines 3-Phasen-Wechselrichters; 1 a schematic representation of a 3-phase inverter;

2 eine schematische Darstellung der Zusatzschaltung des 3-Phasen-Wechselrichters von 1. 2 a schematic representation of the additional circuit of the 3-phase inverter of 1 ,

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel eines insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichneten, erfindungsgemäßen 3-Phasen-Wechselrichters zur Wandlung einer Gleichspannung in drei Wechselstromphasen zur Speisung einer elektrischen Maschine veranschaulicht. Beispielsweise dient der 3-Phasen-Wechselrichter 1 zur Speisung eines Drehstrommotors eines Kraftfahrzeugs mit Elektro- oder Hybridantrieb. In the figures, an embodiment of a total with the reference number 1 designated, 3-phase inverter according to the invention for the conversion of a DC voltage in three AC phases for feeding an electric machine illustrated. For example, the 3-phase inverter is used 1 for feeding a three-phase motor of a motor vehicle with electric or hybrid drive.

Konkret zeigt 1 die Sekundär- bzw. Hochvoltseite des 3-Phasen-Wechselrichters 1, welche in der Regel eine Arbeitsspannung von mehreren Hundert Volt aufweist. Die (nicht dargestellte) Primär- bzw. Niedervoltseite enthält eine Steuerlogik, deren Arbeitsspannungen den üblichen Logik- und Bordnetzspannungen entsprechen und typischer Weise im Bereich von 1 bis 24 Volt liegen. Primär- und Sekundärseite des 3-Phasen-Wechselrichters 1 sind galvanisch getrennt, aber datentechnisch miteinander verbunden. Specifically shows 1 the secondary or high-voltage side of the 3-phase inverter 1 . which usually has a working voltage of several hundred volts. The (not shown) primary or low-voltage side contains a control logic whose working voltages correspond to the usual logic and vehicle electrical system voltages and are typically in the range of 1 to 24 volts. Primary and secondary side of the 3-phase inverter 1 are galvanically isolated, but connected together in terms of data technology.

Wie in 1 gezeigt, hat der 3-Phasen-Wechselrichter 1 beispielsweise einen modularen Aufbau und umfasst eine Mehrzahl paralleler Module, von denen in 1 nur jene dargestellt sind, welche dem Verständnis der Erfindung dienen. So umfasst der 3-Phasen-Wechselrichter 1 ein Leistungsmodul 2 mit drei Halbbrücken 3, von denen jede zur Erzeugung einer Wechselstromphase, abgekürzt mit u, v bzw. w, dient. Jede Halbbrücke 3 verfügt in an sich bekannter Weise über ein Schalterpaar aus zwei in Reihe geschalteten Leistungsschaltern 4, die als Leistungstransistoren, z.B. bipolare Leistungstransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) oder Leistungs-MOSFETs, ausgebildet sind. Jedem Leistungsschalter 4 ist eine Freilaufdiode 6 mit entgegengesetzter Durchlassrichtung parallel geschaltet. Die Wechselstromphasen u, v, w werden jeweils durch einen Mittelabgriff 5 zwischen zwei in Reihe geschalteten Leistungsschaltern 4 einer Halbbrücke 3 abgegriffen. Die Mittelabgriffe 5 sind mit Wicklungssträngen (nicht gezeigt) der elektrischen Maschine verbunden, wobei den Wicklungssträngen zur Steuerung von Drehrichtung und Drehzahl jeweils ein Potential vorbestimmter Polarität für eine bestimmte Zeitdauer geliefert wird. Zu diesem Zweck werden die Leistungsschalter 4 von der Steuerlogik des Primärkreises durch Steuersignale entsprechend angesteuert. As in 1 shown has the 3-phase inverter 1 For example, a modular structure and includes a plurality of parallel modules, of which in 1 only those are shown which serve the understanding of the invention. So includes the 3-phase inverter 1 a power module 2 with three half-bridges 3 each of which is for generating an alternating current phase, abbreviated to u, v and w, respectively. Every half bridge 3 has in a conventional manner via a switch pair of two series-connected circuit breakers 4 , which are designed as power transistors, such as insulated gate bipolar power transistors (IGBTs) or power MOSFETs. Every circuit breaker 4 is a freewheeling diode 6 connected in parallel with opposite passage direction. The alternating current phases u, v, w are each by a center tap 5 between two series-connected circuit breakers 4 a half bridge 3 tapped. The center taps 5 are connected to winding strands (not shown) of the electric machine, wherein the winding strands for controlling the direction of rotation and speed each a potential of predetermined polarity for a certain period of time is supplied. For this purpose, the circuit breakers 4 controlled by the control logic of the primary circuit by control signals accordingly.

Das Leistungsmodul 2 wird von einem Spannungszwischenkreis 7 mit einer Zwischenkreisspannung UZK (Gleichspannung) gespeist. Zu diesem Zweck sind die parallelen Halbrücken 3 mit zwei Zwischenkreisleitungen 8, 8' elektrisch verbunden, die an einen Kondensator 9 so angeschlossen sind, dass die eine Zwischenkreisleitung 8 ein höheres Potential (DC+) und die andere Zwischenkreisleitung 8' ein niedrigeres Potential (DC–) aufweist. Aus der Differenz der beiden Potentiale (DC+, DC–) ergibt sich die Zwischenkreisspannung UZK, welche von den Halbbrücken 3 zu den Wechselstromphasen u, v, w umgesetzt wird. Um über eine für den Betrieb des Kraftfahrzeugs ausreichende Motorleistung zu verfügen, muss die Zwischenkreisspannung UZK ausreichend groß sein. Beispielsweise liegt die Zwischenkreisspannung UZK im Bereich von 400–900 Volt. Die Kapazität des Kondensators 9 beträgt beispielsweise 1000 µF.The power module 2 is from a voltage link 7 supplied with a DC link voltage U ZK (DC voltage). For this purpose, the parallel half-bridges 3 with two DC link lines 8th . 8th' electrically connected to a capacitor 9 are connected so that the one DC link 8th a higher potential (DC +) and the other DC link 8th' has a lower potential (DC-). From the difference between the two potentials (DC +, DC-) results in the intermediate circuit voltage U ZK , which of the half-bridges 3 is converted to the AC phases u, v, w. In order to have sufficient motor power for the operation of the motor vehicle, the intermediate circuit voltage U ZK must be sufficiently large. For example, the intermediate circuit voltage U ZK is in the range of 400-900 volts. The capacity of the capacitor 9 is for example 1000 μF.

Im Betrieb wird der Kondensator 9 durch eine an die beiden Zwischenkreisleitungen 8, 8' angeschlossene Gleichstromquelle (nicht gezeigt), beispielsweise ein Akkumulator oder eine Brennstoffzelle, elektrisch geladen.In operation, the capacitor 9 through one to the two DC link lines 8th . 8th' connected DC power source (not shown), such as an accumulator or a fuel cell, electrically charged.

In 1 nicht dargestellt sind weitere Module des 3-Phasen-Wechselrichters 1, welche in Parallelschaltung zum Leistungsmodul 2 an die beiden Zwischenkreisleitungen 8, 8' elektrisch angeschlossen sind, beispielsweise Filtermodule und Drosselmodule für die Wechselstromphasen u, v, w. Ebenso nicht gezeigt sind Stromsensoren für die drei Wechselstromphasen u, v, w. In 1 not shown are other modules of the 3-phase inverter 1 , which are connected in parallel to the power module 2 to the two DC link lines 8th . 8th' are electrically connected, for example, filter modules and reactor modules for the AC phases u, v, w. Likewise not shown are current sensors for the three alternating current phases u, v, w.

Ein wesentlicher Aspekt des 3-Phasen-Wechselrichers 1 ist eine insgesamt mit der Bezugszahl 10 bezeichnete Zusatzschaltung, welche in 2 im Detail dargestellt ist. Die parallel zum Leistungsmodul 2 an die beiden Zwischenkreisleitungen 8, 8' angeschlossene Zusatzschaltung 10 erfüllt mehrere Funktionen in Verbindung mit der Zwischenkreisspannung UZK, die im Weiteren näher erläutert werden. An essential aspect of the 3-phase inverter 1 is a total with the reference number 10 designated additional circuit, which in 2 is shown in detail. The parallel to the power module 2 to the two DC link lines 8th . 8th' connected additional circuit 10 fulfills several functions in connection with the intermediate circuit voltage U ZK , which are explained in more detail below.

Wie in 2 gezeigt, umfasst die Zusatzschaltung 10 einen Spannungsteiler 11, der die beiden Zwischenkreisleitungen 8, 8' elektrisch kurzschließt. Der Spannungsteiler 11 besteht aus einer Mehrzahl n in Serie verschalteter Ohmscher Widerstände (Widerstandskette), hier mit R1, R2, R3, R4...Rn, bezeichnet. Beispielsweise verfügt der Spannungsteiler 11 über fünf, sechs oder mehr Ohmsche Widerstände, wobei eine relativ große Zahl Ohmscher Widerstände (z.B. 10 bis 12) aufgrund einer damit einher gehenden verringerten Ohm'schen Verlustleistung bevorzugt ist. As in 2 shown includes the additional circuit 10 a voltage divider 11 , the two DC link lines 8th . 8th' electrically shorts. The voltage divider 11 consists of a plurality n ohmic resistors connected in series (resistance chain), here denoted R1, R2, R3, R4 ... Rn. For example, the voltage divider has 11 over five, six or more ohmic resistors, with a relatively large number of ohmic resistors (eg, 10 to 12) being preferred due to concomitant reduced ohmic power dissipation.

Der Spannungsteiler 11 ist mit einem an den Widerstand R1 angrenzenden Verbindungspunkt V1 der Zwischenkreisleitung 8' und mit einem an den n'ten Widerstand Rn angrenzenden Verbindungspunkt V2 der Zwischenkreisleitung 8 elektrisch verbunden. Die Widerstände R1 und R2 haben einen relativ niedrigen Widerstandswert, der jeweils im ein- bis zweistelligen Kiloohm(kΩ)-Bereich liegt (z.B. 1 bis 20 kΩ). Beispielsweise hat Widerstand R1 einen Widerstandswert von 3 kΩ und Widerstand R2 einen Widerstandswert von 10 kΩ. Die Widerstände R3, R4...Rn sind jeweils relativ hochohmig, wobei deren Widerstandswert jeweils im Bereich von 100 kΩ bis 1 Megaohm (MΩ) liegt. The voltage divider 11 is connected to a connection point V1 of the intermediate circuit line adjacent to the resistor R1 8th' and with a connection point V2 of the intermediate circuit line adjacent to the nth resistor Rn 8th electrically connected. The resistors R1 and R2 have a relatively low resistance value, which is in the one to two-digit kilo-ohm (kΩ) range (eg 1 to 20 kΩ). For example, resistor R1 has a resistance of 3 kΩ and resistor R2 has a resistance of 10 kΩ. The resistors R3, R4 ... Rn are each relatively high-impedance, the resistance value of which is in each case in the range from 100 kΩ to 1 megaohm (MΩ).

Durch den Spannungsteiler 11 kann eine passive (nicht steuerbare) Entladung des Spannungszwischenkreises 7 erreicht werden. Hierbei ist die Größe der Ohmschen Widerstände im Spannungsteiler 11 so gewählt, dass eine Entladung über einen hinreichend langen Zeitraum von beispielsweise wenigstens ein oder mehreren Stunden erfolgt, so dass die Betriebsfähigkeit des 3-Phasen-Wechselrichters 1 durch die passive Entladung nicht bzw. nicht nennenswert beeinträchtigt ist. Zudem wird eine übermäßige Erwärmung der Ohmschen Widerstände im Spannungsteiler 11 durch einen relativ niedrigen Entladungsstrom vermieden. Through the voltage divider 11 can be a passive (non-controllable) discharge of the voltage intermediate circuit 7 be achieved. Here, the size of the ohmic resistors in the voltage divider 11 chosen so that a discharge over a sufficiently long period of, for example, at least one or more hours, so that the operability of the 3-phase inverter 1 is not or not significantly affected by the passive discharge. In addition, excessive heating of the ohmic resistors in the voltage divider 11 avoided by a relatively low discharge current.

Durch die passive Entladung des Spannungszwischenkreises 7 kann die Betriebssicherheit des 3-Phasen-Wechselrichtrs 1 verbessert werden, da die anliegende Hochspannung im Fehlerfall oder bei einem längeren Abstellen des Fahrzeugs beispielsweise für eine Reparatur in einer Werkstatt abgebaut wird.Due to the passive discharge of the voltage intermediate circuit 7 can the operational safety of the 3-phase inverter 1 can be improved because the applied high voltage is reduced in case of failure or a longer shutdown of the vehicle, for example, for a repair in a workshop.

Neben dem Spannungsteiler 11 verfügt die Zusatzschaltung 10 über einen ersten Schaltungsteil 12, der eine weitere Funktion ermöglicht, nämlich die Messung der Zwischenkreisspannung UZK. Typischer Weise (jedoch nicht zwingend) erfolgt eine Messung der Zwischenkreisspannung UZK während des Betriebs des 3-Phasen-Wechselrichters 1.Next to the voltage divider 11 has the additional circuit 10 via a first circuit part 12 , which allows a further function, namely the measurement of the intermediate circuit voltage U ZK . Typically (but not necessarily), the intermediate circuit voltage U ZK is measured during operation of the 3-phase inverter 1 ,

Zu diesem Zweck umfasst der erste Schaltungsteil 12 einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 13 mit einem ersten ADC-Eingang 14 und einem zweiten ADC-Eingang 15. Der erste ADC-Eingang 14 ist durch einen ersten Spannungsabgriff 16 (Zwischenabgriff) an den Spannungsteiler 11 angeschlossen. Der erste Spannungsabgriff 16 ist mit einem Verbindungspunkt V3 zwischen Widerstand R1 und Widerstand R2 des Spannungsteilers 11 elektrisch verbunden. Der zweite ADC-Eingang 15 ist mit einem Verbindungspunkt V4 der Zwischenkreisleitung 8' elektrisch verbunden. For this purpose, the first circuit part comprises 12 an analog-to-digital converter (ADC) 13 with a first ADC input 14 and a second ADC input 15 , The first ADC input 14 is through a first voltage tap 16 (Intermediate tap) to the voltage divider 11 connected. The first voltage tap 16 is connected to a junction V3 between resistor R1 and resistor R2 of the voltage divider 11 electrically connected. The second ADC input 15 is connected to a connection point V4 of the intermediate circuit line 8th' electrically connected.

Demnach liegt dem ersten ADC-Eingang 14 ein Potential an, das sich durch den Spannungsabfall der Zwischenkreisspannung UZK über die Ohmschen Widerstände R2, R3, R4...Rn ergibt. Dem zweiten ADC-Eingang 15 liegt als Bezugspotential das untere Potential (DC–) der Zwischenkreisspannung UZK an, so dass durch den Analog-Digital-Wandler 13 die über dem Widerstand R1 abfallende Spannung gemessen wird, welche typischer Weise so niedrig ist, dass der Analog-Digital-Wandler 13 mit geringer Spannungsfestigkeit ausgeführt werden kann. Generell sind die Ohmschen Widerstände des Spannungsteilers 11 so dimensioniert, dass eine erste Teilspannung abgegriffen werden kann, die eine einfache und kostengünstige Prozessierung durch digitale Schaltungstechnik ermöglicht, hier beispielsweise eine Spannung im Bereich von 0 bis 3 Volt. Accordingly, the first ADC input is located 14 a potential that results from the voltage drop of the intermediate circuit voltage U ZK via the ohmic resistors R2, R3, R4 ... Rn. The second ADC input 15 is the reference potential, the lower potential (DC) of the intermediate circuit voltage U ZK , so that through the analog-to-digital converter 13 the voltage drop across resistor R1 is measured, which is typically so low that the analog-to-digital converter 13 can be performed with low dielectric strength. In general, the ohmic resistors of the voltage divider 11 dimensioned so that a first partial voltage can be tapped, which allows a simple and inexpensive processing by digital circuitry, here, for example, a voltage in the range of 0 to 3 volts.

An einem ADC-Ausgang (nicht gezeigt) des Analog-Digital-Wandlers 13 wird ein Digitalwert entsprechend der über den Ohmschen Widerstand R1 abfallenden Spannung bereitgestellt, aus dem die Zwischenkreisspannung UZK abgeleitet werden kann. At an ADC output (not shown) of the analog-to-digital converter 13 a digital value is provided in accordance with the voltage dropped across the ohmic resistor R1, from which the intermediate circuit voltage U ZK can be derived.

Der erste Schaltungsteil 12 umfasst weiterhin eine Transistorbaugruppe aus einem Transistor T1 mit antiparallel geschalteter Diode D1. Der Transistor T1 ist mit seinen Lastanschlüssen (Eingang- und Ausgangsanschluss) mit einem Verbindungspunkt V17 des ersten Spannungsabgriffs 16 und einem Verbindungspunkt V16 der Zwischenkreisleitung 8' elektrisch verbunden. Aufgrund der relativ geringen Spannung, welche über dem Widerstand R1 abfällt, kann der Transistor T1 mit geringer Spannungsfestigkeit ausgeführt werden.The first circuit part 12 further comprises a transistor assembly of a transistor T1 with antiparallel connected diode D1. The transistor T1 is connected to its load terminals (input and output terminals) with a connection point V17 of the first voltage tap 16 and a connection point V16 of the intermediate circuit line 8th' electrically connected. Due to the relatively low voltage which drops across the resistor R1, the transistor T1 can be designed with low dielectric strength.

Eine Steuerung des Transistors T1 erfolgt durch eine T1-Kontrolllogik 17, die mit dem Steueranschluss des Transistors T1 verbunden ist. Die T1-Kontrolllogik 17 ist mit einem Verbindungspunkt V18 der Zwischenkreisleitung 8' elektrisch verbunden, wobei das untere Potential (DC–) als Bezugspotential dient. Durch die T1-Kontrolllogik 17 kann der Steueranschluss des Transistors T1 wahlweise mit einer Steuerspannung zum Schalten in den leitenden bzw. Durchlasszustand, beispielsweise 5 Volt, oder mit einer Steuerspannung, beispielsweise 0 Volt, zum Schalten in den geöffneten bzw. Sperrzustand beaufschlagt werden. A control of the transistor T1 is effected by a T1 control logic 17 which is connected to the control terminal of the transistor T1. The T1 control logic 17 is connected to a connection point V18 of the DC link 8th' electrically connected, wherein the lower potential (DC-) serves as a reference potential. Through the T1 control logic 17 For example, the control terminal of the transistor T1 can optionally be supplied with a control voltage for switching to the conductive or on-state, for example 5 volts, or with a control voltage, for example 0 volts, for switching to the open or blocking state.

Wird der Transistor T1 auf Durchlass geschaltet, so ist der erste Spannungsabgriff 16 mit dem unteren Potential (DC–) der Zwischenkreisleitung 8' verbunden, so dass über dem Widerstand R1 keine Spannung abfällt und der erste ADC-Eingang 14 spannungsfrei ist. Die Zwischenkreisspannung UZK kann gemessen werden, wenn der Transistor T1 in seinen Sperrzustand geschaltet wird, wobei die abgegriffene Teilspannung dem Analog-Digital-Wandler 13 als Eingang- bzw. Messspannung zugeführt wird. If the transistor T1 is switched to passage, then the first voltage tap 16 with the lower potential (DC-) of the DC link 8th' connected so that across the resistor R1 no voltage drops and the first ADC input 14 is tension-free. The intermediate circuit voltage U ZK can be measured when the transistor T1 is switched to its off state, wherein the tapped partial voltage to the analog-to-digital converter 13 is supplied as input or measuring voltage.

Ferner weist die Zusatzschaltung 10 einen zweiten Schaltungsteil 18 auf, der eine weitere Funktion im Zusammenhang mit der Zwischenkreisspannung UZK ermöglicht, nämlich die Bereitstellung einer Versorgungsspannung für eine nicht näher dargestellte Anlaufschaltung 19.Furthermore, the additional circuit 10 a second circuit part 18 on, which allows a further function in connection with the intermediate circuit voltage U ZK , namely the provision of a supply voltage for a non-illustrated starting circuit 19 ,

Zu diesem Zweck umfasst die Zusatzschaltung 10 einen zweiten Spannungsabgriff 20 (Zwischenabgriff), der mit einem Verbindungspunkt V5 des Spannungsteilers 11 zwischen Widerstand R2 und Widerstand R3 elektrisch verbunden ist. Ein nicht näher bezeichneter Eingang der Anlaufschaltung 19 ist unter Zwischenschaltung eines als Vorschaltwiderstand dienenden Ohmschen Widerstands RV1 mit einem Verbindungspunkt V6 des zweiten Spannungsabgriffs 20 elektrisch verbunden. For this purpose, the additional circuit includes 10 a second voltage tap 20 (Intermediate tap) connected to a connection point V5 of the voltage divider 11 between resistor R2 and resistor R3 is electrically connected. An unspecified input of the starting circuit 19 is with the interposition of an ohmic resistor RV1 serving as a ballast resistor with a connection point V6 of the second voltage tap 20 electrically connected.

Der zweite Spannungsabgriff 20 ist weiterhin über eine Serienschaltung aus Vorschaltwiderstand RV1 und einer nachgeschalteten Transistorbaugruppe, bestehend aus einem Transistor T2 und antiparallel geschalteter Diode D2, mit der Zwischenkreisleitung 8' elektrisch verbunden. Der Transistor T2 ist mit seinen beiden Lastanschlüssen mit dem Vorschaltwiderstand RV1 und mit einem Verbindungspunkt V19 der Zwischenkreisleitung 8' elektrisch verbunden. Aufgrund der relativ geringen Spannung, welche über den beiden Widerständen R1 und R2 abfällt, kann der Transistor T2 mit geringer Spannungsfestigkeit ausgeführt werden.The second voltage tap 20 is further connected via a series circuit of ballast resistor RV1 and a downstream transistor assembly consisting of a transistor T2 and antiparallel-connected diode D2, with the intermediate circuit line 8th' electrically connected. The transistor T2 is with its two load terminals with the series resistor RV1 and with a connection point V19 of the DC link 8th' electrically connected. Due to the relatively low voltage which drops across the two resistors R1 and R2, the transistor T2 can be designed with low dielectric strength.

Die Anlaufschaltung 19 ist mit einem Verbindungspunkt V7 zwischen dem Vorschaltwiderstand RV1 und dem Transistor T2 der Serienschaltung aus Vorschaltwiderstands RV1 und Transistor T2 verbunden, wobei eine in Sperrrichtung gepolte Diode D5 zwischengeschaltet ist. Besteht die Anlaufschaltung 19 im einfachsten Fall aus einem Kondensator (nicht gezeigt), so kann durch die Diode D5 eine Entladung des Kondensators über den Vorschaltwiderstand RV1 verhindert werden. The startup circuit 19 is connected to a connection point V7 between the series resistor RV1 and the transistor T2 of the series circuit of ballast resistor RV1 and transistor T2, with a reverse-biased diode D5 is interposed. Passes the startup circuit 19 in the simplest case of a capacitor (not shown), it can be prevented by the diode D5, a discharge of the capacitor via the series resistor RV1.

Eine Steuerung des Transistors T2 erfolgt durch eine nicht näher dargestellte T2-Kontrolllogik, die mit dem Steueranschluss des Transistors T2 verbunden ist. Die T2-Kontrolllogik ist hier beispielsweise in die Anlaufschaltung 19 integriert, wobei es sich versteht, dass sie gleichermaßen als separate Komponente ausgeführt sein kann. Durch die T2-Kontrolllogik kann der Steueranschluss des Transistors T2 wahlweise mit einer Steuerspannung zum Schalten in den Durchlass oder Sperrzustand beaufschlagt werden.A control of the transistor T2 is effected by a T2 control logic, not shown, which is connected to the control terminal of the transistor T2. The T2 control logic is here, for example, in the start-up circuit 19 integrated, it being understood that it may equally be embodied as a separate component. By means of the T2 control logic, the control terminal of the transistor T2 can optionally be supplied with a control voltage for switching into the on-state or off-state.

Wird der Transistor T2 in seinen Sperrzustand geschaltet, so wird die Anlaufschaltung 19 mit einer am Verbindungspunkt V7 anliegenden Versorgungsspannung beaufschlagt. Generell sind die Ohmschen Widerstände des Spannungsteilers 11 so dimensioniert, dass eine Teilspannung abgegriffen werden kann, die eine Speisung der Anlaufschaltung 19 mit einer geeigneten Versorgungsspannung ermöglicht (z.B. 10 Volt). Durch den Vorschaltwiderstand RV1 kann eine weitere Anpassung der Versorgungsspannung erfolgen. Wird der Transistor T2 in seinen Durchlasszustand geschaltet, so liegt das untere Potential (DC–) der Zwischenkreisleitung 8' dem Verbindungspunkt V7 der Anlaufschaltung 19 an. In diesem Fall ist durch den Vorschaltwiderstand RV1 ein definierter elektrischer Widerstand im zweiten Schaltungsteil 20 gegeben. If the transistor T2 is switched to its blocking state, then the start-up circuit 19 acted upon by a voltage applied at the connection point V7 supply voltage. In general, the ohmic resistors of the voltage divider 11 dimensioned so that a partial voltage can be tapped, which is a supply of the starting circuit 19 with a suitable supply voltage (eg 10 volts). By the ballast resistor RV1 can be made a further adjustment of the supply voltage. If the transistor T2 is switched to its on state, then the lower potential (DC-) of the intermediate circuit line 8th' the connection point V7 of the start-up circuit 19 at. In this case, by the series resistor RV1 a defined electrical resistance in the second circuit part 20 given.

Des Weiteren weist die Zusatzschaltung 10 einen dritten Schaltungsteil 21 auf, der eine weitere Funktion ermöglicht, nämlich eine aktive (d.h. steuerbare) schnelle Entladung der Zwischenkreisspannung UZK. Generell kann durch den dritten Schaltungsteil 21 eine wesentlich schnellere Entladung des Spannungszwischenkreises 7 als über den Spannungsteiler 11 erreicht werden. Im Unterschied zum Spannungsteiler 11, welcher nur eine passive Entladung des Spannungszwischenkreises 7 ermöglicht, kann der dritte Schaltungsteil 21 aktiv gesteuert werden, um wahlfrei entweder nur eine langsame Entladung des Spannungszwischenkreises 7 oder in Kombination eine langsame und schnelle Entladung des Spannungszwischenkreises 7 zu erreichen. Zu diesem Zweck ist eine insgesamt mit der Bezugszahl 22 bezeichnete Entladungsschaltung unter Zwischenschaltung eines als Vorschaltwiderstand dienenden Ohmschen Widerstands RV2 mit einem Verbindungpunkt V8 des zweiten Spannungsabgriffs 20 elektrisch verbunden. Furthermore, the additional circuit 10 a third circuit part 21 on, which allows a further function, namely an active (ie controllable) fast discharge of the intermediate circuit voltage U ZK . Generally, by the third circuit part 21 a much faster discharge of the voltage intermediate circuit 7 as over the voltage divider 11 be achieved. In contrast to the voltage divider 11 , which only a passive discharge of the voltage intermediate circuit 7 allows, the third circuit part 21 be actively controlled to select either only a slow discharge of the voltage intermediate circuit 7 or in combination a slow and fast discharge of the voltage intermediate circuit 7 to reach. For this purpose, a total with the reference number 22 designated discharge circuit with the interposition of an ohmic resistor RV2 serving as a ballast resistor with a connection point V8 of the second voltage tap 20 electrically connected.

Die Entladungsschaltung 22 umfasst eine Serienschaltung aus einem Kaltleiter bzw. Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten, im Weiteren als "PTC-Widerstand" 23 bezeichnet, und einem Leistungstransistor T4. Diese Serienschaltung schließt die beiden Zwischenkreisleitungen 8, 8' kurz, wobei das widerstandsseitige Ende mit einem Verbindungspunkt V9 der Zwischenkreisleitung 8 und das transistorseitige Ende mit einem Verbindungspunkt V10 der Zwischenkreisleitung 8' elektrisch verbunden ist. Der Eingangsanschluss des Leistungstransistors T4 ist mit dem PTC-Widerstand 23, der Ausgangsanschluss mit der Zwischenkreisleitung 8' elektrisch verbunden. Der zweite Spannungsabgriff 20 ist unter Zwischenschaltung des Vorschaltwiderstands RV2 mit dem Steueranschluss des Leistungstransistors T4 verbunden. Der Leistungstransistor T4 ist beispielsweise als bipolarer Leistungstransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder Leistungs-MOSFET ausgebildet. The discharge circuit 22 comprises a series connection of a PTC thermistor or resistor with a positive temperature coefficient, hereinafter referred to as "PTC resistor" 23 and a power transistor T4. This series connection closes the two DC link lines 8th . 8th' short, wherein the resistance-side end with a connection point V9 of the DC link 8th and the transistor-side end with a connection point V10 of the intermediate circuit line 8th' electrically connected. The input terminal of the power transistor T4 is connected to the PTC resistor 23 , the output connection with the DC link 8th' electrically connected. The second voltage tap 20 is connected with the interposition of the ballast resistor RV2 to the control terminal of the power transistor T4. The power transistor T4 is formed, for example, as an insulated gate bipolar power transistor (IGBT) or power MOSFET.

Beispielsweise weist der PTC-Widerstand 23 bei einer Temperatur von 25°C einen elektrischen Widerstand von 350 Ohm auf, welcher aufgrund der elektrischen Eigenschaften des Widerstandsmaterials mit steigender Temperatur zunimmt. Der elektrische Widerstand des PTC-Widerstands 23 ist zumindest bei Raumtemperatur wesentlich geringer, beispielsweise wenigstens um einen Faktor 500, als der elektrische Summenwiderstand der ohmschen Widerstände des Spannungsteilers 11. Dementsprechend ist der Entladestrom über die Serienschaltung aus PTC-Widerstand 23 und Leistungstransistor T4 wesentlich größer als über den Spannungsteiler 11. For example, the PTC resistor 23 at a temperature of 25 ° C, an electrical resistance of 350 ohms, which increases due to the electrical properties of the resistance material with increasing temperature. The electrical resistance of the PTC resistor 23 is significantly lower at least at room temperature, for example at least by a factor of 500, than the electrical sum resistance of the ohmic resistors of the voltage divider 11 , Accordingly, the discharge current through the series circuit of PTC resistor 23 and power transistor T4 much larger than via the voltage divider 11 ,

Der dritte Schaltungsteil 21 umfasst weiterhin eine Serienschaltung aus Vorschaltwiderstand RV2 und einer Zener-Diode 24, durch der zweite Spannungsabgriff 20 an die Zwischenkreisleitung 8' angeschlossen ist. Hierbei ist das diodenseitige Ende der Serienschaltung mit einem Verbindungspunkt V11 der zweiten Zwischenkreisleitung 8' elektrisch verbunden, so dass die Zener-Diode 29 direkt mit der Zwischenkreisleitung 8' elektrisch verbunden ist. Bezogen auf die Zwischenkreisspannung UZK ist die Zener-Diode 24 in Sperrrichtung angeordnet, wird jedoch bei einer Zwischenkreisspannung UZK oberhalb einer vorgebbaren Durchbruchsspannung elektrisch leitend. Der Steueranschluss des Leistungstransistors T4 ist mit einem Verbindungspunkt V12 der Serienschaltung zwischen dem Vorschaltwiderstand RV2 und der Zener-Diode 23 elektrisch verbunden, so dass durch die vom Spannungsteiler 11 abgegriffene Spannung eine Steuerung des Leistungstransistors T4 erfolgen kann. The third circuit part 21 further includes a series circuit of ballast resistor RV2 and a Zener diode 24 , through the second voltage tap 20 to the intermediate circuit line 8th' connected. Here, the diode-side end of the series circuit is connected to a connection point V11 of the second intermediate circuit line 8th' electrically connected so that the Zener diode 29 directly with the DC link 8th' electrically connected. Relative to the intermediate circuit voltage U ZK is the Zener diode 24 arranged in the reverse direction, but is at an intermediate circuit voltage U ZK above a predetermined breakdown voltage electrically conductive. The control terminal of the power transistor T4 is connected to a connection point V12 of the series connection between the series resistor RV2 and the Zener diode 23 electrically connected, so that by the voltage divider 11 tapped voltage control of the power transistor T4 can be done.

Ferner ist im dritten Schaltungsteil 21 der zweite Spannungsabgriff 20 über eine Serienschaltung aus Vorschaltwiderstand RV2 und einer nachgeschalteten Transistorbaugruppe, bestehend aus einem Transistor T3 und antiparallel geschalteter Diode D3, mit der Zwischenkreisleitung 8' elektrisch verbunden. Der Transistor T3 ist mit seinen Lastanschlüssen mit dem Vorschaltwiderstand RV2 und der Zwischenkreisleitung 8' elektrisch verbunden, wobei das transistorseitige Ende der Serienschaltung mit einem Verbindungpunkts V13 der Zwischenkreisleitung 8' elektrisch verbunden ist. Furthermore, in the third circuit part 21 the second voltage tap 20 via a series connection of series resistor RV2 and a downstream transistor module, consisting of a transistor T3 and antiparallel connected diode D3, with the intermediate circuit line 8th' electrically connected. The transistor T3 is with its load terminals with the series resistor RV2 and the DC link 8th' electrically connected, wherein the transistor-side end of the series circuit with a connection point V13 of the intermediate circuit line 8th' electrically connected.

Eine Steuerung des Transistors T3 erfolgt durch eine T3-Kontrolllogik 25, die mit dem Steueranschluss des Transistors T3 verbunden ist. Die T3-Kontrolllogik 25 ist mit einem Verbindungspunkt V14 der Zwischenkreisleitung 8' elektrisch verbunden, wobei das untere Potential (DC–) als Bezugspotential dient. Durch die T3-Kontrolllogik 25 kann der Steueranschluss des Transistors T3 wahlweise mit einer Steuerspannung zum Schalten in den Durchlass- oder Sperrzustand beaufschlagt werden. Aufgrund der relativ geringen Spannung, die am Spannungsteiler 11 abgegriffen wird, kann der Transistor T3 im Unterschied zum Leistungstransistor T4 mit geringer Spannungsfestigkeit ausgeführt werden. Der Steueranschluss des Leistungstransistors T4 ist mit einem Verbindungspunkt V15 zwischen Vorschaltwiderstand RV2 und Transistor T3 der Serienschaltung aus Vorschaltwiderstands RV2 und Transistor T3 elektrisch verbunden. A control of the transistor T3 is done by a T3 control logic 25 which is connected to the control terminal of the transistor T3. The T3 control logic 25 is connected to a connection point V14 of the intermediate circuit line 8th' electrically connected, wherein the lower potential (DC-) serves as a reference potential. Through the T3 control logic 25 The control terminal of the transistor T3 can optionally be supplied with a control voltage for switching to the on or off state. Due to the relatively low voltage at the voltage divider 11 is tapped, the transistor T3 can be performed in contrast to the power transistor T4 with low dielectric strength. The control terminal of the power transistor T4 is electrically connected to a connection point V15 between the ballast resistor RV2 and transistor T3 of the series circuit of the ballast resistor RV2 and transistor T3.

Befindet sich der Transistor T3 im Durchlasszustand, so liegt das untere Potential (DC–) des Spannungszwischenkreises 7 am Steueranschluss des Leistungstransistors T4 an. Steuer- und Ausgangsanschluss des Leistungstransistors T4 befinden sich somit auf gleichem Potential (DC–), so dass der Leistungstransistor T4 im Sperrzustand ist. In dieser Situation ist eine aktive Entladung des Spannungszwischenkreises 7 über den PTC-Widerstand 23 nicht möglich. Eine solche Deaktivierung der schnellen Entladung des Kondensators 9 ist für die ordnungsgemäße Funktion des 3-Phasen-Wechselrichters 1 im normalen Betrieb der elektrischen Maschine gewünscht. Beispielsweise wird der Transistor T3 durch die T3-Kontrolllogik 25 beim Starten der elektrischen Maschine in den Durchlasszustand und beim Stoppen in den Sperrzustand geschaltet. If the transistor T3 is in the on state, the lower potential (DC-) of the voltage intermediate circuit is present 7 at the control terminal of the power transistor T4. Control and output terminal of the power transistor T4 are thus at the same potential (DC-), so that the power transistor T4 is in the blocking state. In this situation is an active discharge of the voltage intermediate circuit 7 via the PTC resistor 23 not possible. Such deactivation of the rapid discharge of the capacitor 9 is for the proper functioning of the 3-phase inverter 1 desired during normal operation of the electric machine. For example, the transistor T3 is controlled by the T3 control logic 25 switched to the on state when starting the electric machine and in the blocking state when stopping.

Befindet sich der Transistor T3 im Sperrzustand, so liegt am Steueranschluss des Leistungstransistors T4 das Potential des Verbindungspunkts V12 an, wobei die Ohmschen Widerstände so gewählt sind, dass der Leistungstransistor T4 durch die von der Zwischenkreisspannung UZK abgegriffene Spannung in seinen Durchlasszustand geschaltet wird. Die Entladung des Spannungszwischenkreises 7 über den PTC-Widerstand 23 erfolgt aufgrund des geringen elektrischen Widerstands wesentlich schneller als über den Spannungsteiler 11, vorzugsweise innerhalb eines Zeitintervalls im einstelligen Sekundenbereich, beispielsweise innerhalb weniger als 5 Sekunden. Hierbei kann eine übermäßige Erwärmung des PTC-Widerstands 23 aufgrund des dabei auftretenden hohen Entladestroms durch den Anstieg des elektrischen Widerstands mit zunehmender Temperatur vermieden werden. In der Praxis zeigt sich, dass die Temperatur des PTC-Widerstands 23 bis zu einer maximalen Betriebstemperatur ansteigt, wobei der PTC-Widerstand 23 in Abhängigkeit der zu entladenden Zwischenkreisspannung UZK so ausgelegt ist, dass seine maximale Betriebstemperatur eine zerstörungsfreie Entladung des Spannungszwischenkreises 7 ermöglicht. Beispielsweise liegt die maximale Betriebstemperatur des PTC-Widerstands 23 im Bereich von 130 bis 160°C. The transistor T3 is in the off state, the potential of the connection point V12 is located at the control terminal of the power transistor at T4, wherein the ohmic resistors are chosen so that the power transistor T4 is switched by the tapped from the intermediate circuit voltage U ZK voltage in its conducting state. The discharge of the voltage intermediate circuit 7 via the PTC resistor 23 due to the low electrical resistance much faster than via the voltage divider 11 , preferably within a time interval in the single-digit second range, for example within less than 5 Seconds. This can cause excessive heating of the PTC resistor 23 be avoided by increasing the electrical resistance with increasing temperature due to the high discharge current occurring. In practice it turns out that the temperature of the PTC resistor 23 up to a maximum operating temperature, with the PTC resistor 23 is designed in accordance with the intermediate circuit voltage U ZK to be discharged so that its maximum operating temperature is a non-destructive discharge of the voltage intermediate circuit 7 allows. For example, the maximum operating temperature of the PTC resistor is 23 in the range of 130 to 160 ° C.

Eine schnelle Entladung des Spannungszwischenkreises 7 kann somit in vorteilhafter Weise durch einen Spannungsabgriff an der Zwischenkreisspannung UZK erreicht werden, vorausgesetzt, dass der Transistor T3 im Sperrzustand ist. Eine solche Situation tritt ein, wenn der Steueranschluss des Transistors T3 durch die T3-Kontrolllogik 25 mit beispielsweise 0 Volt beaufschlagt wird, was regelungstechnisch beim Abstellen der elektrischen Maschine vorgesehen ist. A fast discharge of the voltage intermediate circuit 7 can thus be achieved in an advantageous manner by a voltage tap on the intermediate circuit voltage U ZK , provided that the transistor T3 is in the blocking state. Such a situation occurs when the control terminal of the transistor T3 is controlled by the T3 control logic 25 is acted upon, for example, 0 volts, which is provided by control technology when stopping the electric machine.

Die Zener-Diode 24 ist so ausgelegt, dass sie durchbricht, falls die am Verbindungspunkt V12 anliegende Spannung einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Hierdurch wird der Steueranschluss des Leistungstransistors T4 vor Überspannungen im Spannungszwischenkreis 7 geschützt. The zener diode 24 is designed so that it breaks through if the voltage applied at the connection point V12 voltage exceeds a predetermined threshold. As a result, the control terminal of the power transistor T4 is protected from overvoltages in the voltage intermediate circuit 7 protected.

Andererseits geht der Leistungstransistor T4 in seinen Sperrzustand über, wenn die Zwischenkreisspannung UZK so gering ist, dass am Verbindungspunkt V12 die erforderliche Schaltspannung nicht mehr anliegt. Eine weitere aktive Entladung des Spannungszwischenkreises 7 über den PTC-Widerstand 23 ist somit nicht mehr möglich, so dass eine (für Personen ungefährliche) Restspannung von beispielsweise 10 bis 50 Volt im Spannungszwischenkreis 7 verbleibt, die über einen wesentlich längeren Zeitraum über den Spannungsteiler 11 entladen werden kann. Vorzugsweise beträgt die Restspannung weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, der Zwischenkreisspannung UZK im normalen Betrieb des 3-Phasen-Wechselrichters 1. Eine Restspannung im Spannungszwischenkreis 7 hat den Vorteil, dass der Kondensator 9 schneller auf die für den Betriebszustand des 3-Phasen-Wechselrichters 1 gewünschte Zwischenkreisspannung UZK geladen werden kann, so dass eine beschleunigte Wiederaufnahme des Betriebs ermöglicht ist. On the other hand, the power transistor T4 goes into its blocking state when the intermediate circuit voltage U ZK is so low that at the connection point V12, the required switching voltage is no longer applied. Another active discharge of the voltage intermediate circuit 7 via the PTC resistor 23 is thus no longer possible, so that a (harmless for persons) residual voltage of for example 10 to 50 volts in the voltage intermediate circuit 7 remains over the voltage divider over a much longer period of time 11 can be unloaded. The residual voltage is preferably less than 20%, in particular less than 10%, of the intermediate circuit voltage U ZK im normal operation of the 3-phase inverter 1 , A residual voltage in the voltage intermediate circuit 7 has the advantage that the capacitor 9 faster to those for the operating state of the 3-phase inverter 1 desired intermediate circuit voltage U ZK can be loaded, so that an accelerated resumption of operation is possible.

Ein besonderer Vorteil der Zusatzschaltung 10 liegt darin, dass durch Schalten der Transistoren T1, T2 und T3 die verschiedenen Schaltungsteile 12, 18, 21 elektrisch entkoppelt werden können. A special advantage of the additional circuit 10 is that by switching the transistors T1, T2 and T3, the various circuit parts 12 . 18 . 21 can be electrically decoupled.

Wie bereits ausgeführt, erfolgt während des Betriebs des 3-Phasen-Wechselrichters in der Regel eine Messung der Zwischenkreisspannung UZK durch den ersten Schaltungsteil 12. In diesem Fall ist der Transistor T1 in seinen Sperrzustand geschaltet. Gleichzeitig sind der Transistor T2 des zweiten Schaltungsteils 18 und der Transistor T3 des dritten Schaltungsteils 21 jeweils in ihren Durchlasszustand geschaltet, so dass sowohl der zweite Schaltungsteil 18 als auch der dritte Schaltungsteil 21 einen definierten elektrischen Widerstand aufweisen, der durch den jeweiligen Vorschaltwiderstand RV1 bzw. RV2 gegeben ist. Insofern wird die Messung der Zwischenkreisspannung UZK durch den zweiten Schaltungsteil 18 und dritten Schaltungsteil 21 nicht nachteilig beeinflusst bzw. die definierten Widerstände dieser Schaltungsteile können bei der Messung der Zwischenkreisspannung berücksichtigt werden. As already stated, a measurement of the intermediate circuit voltage U ZK by the first circuit part is generally carried out during the operation of the 3-phase inverter 12 , In this case, the transistor T1 is switched to its off state. At the same time, the transistor T2 of the second circuit part 18 and the transistor T3 of the third circuit part 21 each switched to their on state, so that both the second circuit part 18 as well as the third circuit part 21 have a defined electrical resistance, which is given by the respective ballast resistor RV1 and RV2. In this respect, the measurement of the intermediate circuit voltage U ZK by the second circuit part 18 and third circuit part 21 not adversely affected or the defined resistances of these circuit parts can be taken into account in the measurement of the DC link voltage.

Vorschaltwiderstand RV1 und Transistor T2 des zweiten Schaltungsteils 18 einerseits sowie Vorschaltwiderstand RV2 und Transistor T3 des dritten Schaltungsteils 21 andererseits bilden jeweils ein Entkopplungsglied 26 zum elektrischen Entkoppeln des zweiten Schaltungsteils 18 und/oder dritten Schaltungsteils 21 vom ersten Schaltungsteil 12. Ballast resistor RV1 and transistor T2 of the second circuit part 18 on the one hand, and ballast resistor RV2 and transistor T3 of the third circuit part 21 On the other hand, each form a decoupling member 26 for electrically decoupling the second circuit part 18 and / or third circuit part 21 from the first circuit part 12 ,

Andererseits wird eine Speisung der Anlaufschaltung 19 und eine aktive Entladung des Spannungszwischenkreises 7 in der Regel während der Start- und/oder Stoppvorgänge der elektrischen Maschine durchgeführt, wobei eine Messung der Zwischenkreisspannung UZK in der Regel nicht erforderlich ist. Hierbei werden die Transistoren T2 und T3 des zweiten Schaltungsteils 18 bzw. dritten Schaltungsteils 21 jeweils in ihren Sperrzustand geschaltet, wobei gleichzeitig der Transistor T1 des ersten Schaltungsteils 12 in seinen Durchlasszustand geschaltet wird. Hierdurch kann einerseits erreicht werden, dass während des Betriebs der Anlaufschaltung 19 und/oder Entladungsschaltung 22 im ersten Schaltungsteil 12 ein definierter elektrischer Widerstand vorliegt, welcher durch den Ohmschen Widerstand R2 gegeben ist. Widerstand R2 dient gewissermaßen als Vorschaltwiderstand des ersten Schaltungsteils 14. Andererseits ist der Analog-Digital-Wandler 13 vor einer etwaigen Überspannung im ersten Spannungsabgriff 16 geschützt, welche durch den zweiten Schaltungsteil 18 bzw. dritten Schaltungsteil 21 verursacht sein kann. Widerstand R2 und der Transistor T1 bilden ein Entkopplungsglied 26 zum elektrischen Entkoppeln des ersten Schaltungsteils 12 vom zweiten Schaltungsteil 18 und dritten Schaltungsteil 21. On the other hand, a supply of the starting circuit 19 and an active discharge of the voltage intermediate circuit 7 usually performed during the start and / or stop operations of the electric machine, wherein a measurement of the intermediate circuit voltage U ZK is usually not required. Here, the transistors T2 and T3 of the second circuit part 18 or third circuit part 21 each switched to their blocking state, wherein at the same time the transistor T1 of the first circuit part 12 is switched to its on state. This can be achieved on the one hand, that during operation of the start-up circuit 19 and / or discharge circuit 22 in the first circuit part 12 there is a defined electrical resistance, which is given by the ohmic resistor R2. Resistor R2 effectively serves as a ballast resistor of the first circuit part 14 , On the other hand, the analog-to-digital converter 13 before any overvoltage in the first voltage tap 16 protected, which by the second circuit part 18 or third circuit part 21 can be caused. Resistor R2 and transistor T1 form a decoupling element 26 for electrically decoupling the first circuit part 12 from the second circuit part 18 and third circuit part 21 ,

Die Zusatzschaltung 10 ermöglicht somit in vorteilhafter Weise eine Messung der Zwischenkreisspannung UZK und/oder eine Speisung der Anlaufschaltung 19 mit einer von der Zwischenkreisspannung UZK abgegriffenen Versorgungsspannung und/oder eine aktive Entladung des Spannungszwischenkreises, wobei jede Funktion von den beiden anderen Funktionen durch ein Entkopplungsglied, bestehend aus einer Serienschaltung aus Vorschaltwiderstand und Transistor, welche den jeweiligen Spannungsabgriff mit dem Zwischenkreisleitung 8' elektrisch verbindet, elektrisch entkoppelbar ist. Die verschiedenen Funktionen sind durch zwei Spannungsabgriffe an lediglich einem einzigen Spannungsteiler 11 realisiert. Es ist für die verschiedenen Funktionen somit nicht erforderlich, dass mehrere Spannungsteiler (Hochspannungswiderstandsketten) zum Kurzschließen der beiden Zwischenkreisleitungen 8, 8' im Spannungszwischenkreis 7 vorgesehen werden müssen. Eine solche Gestaltung hätte den Nachteil, dass die erforderlichen Luftund Kriechstrecken eingehalten werden müssen, was einen erheblichen Platzbedarf erfordert und somit den Forderungen nach immer kompakteren Stromrichtern widerspricht. Zudem ist die konkrete Gestaltung der Luft- und Kriechstrecken sehr komplex und stellt eine potentielle Fehlerquelle dar. The additional circuit 10 thus advantageously allows a measurement of the intermediate circuit voltage U ZK and / or a supply of the starting circuit 19 with a tapped from the intermediate circuit voltage U ZK supply voltage and / or an active discharge of the voltage intermediate circuit, each function of the other two functions by a decoupling element, consisting of a series circuit of ballast resistor and transistor, which the respective voltage tap to the DC link 8th' connects electrically, is electrically decoupled. The different functions are due to two voltage taps on a single voltage divider 11 realized. It is therefore not necessary for the various functions that multiple voltage dividers (high-voltage resistance chains) for short-circuiting the two DC link lines 8th . 8th' in the voltage intermediate circuit 7 must be provided. Such a design would have the disadvantage that the required air and creepage distances must be complied with, which requires a considerable amount of space and thus contradicts the demands for more and more compact power converters. In addition, the concrete design of the clearances and creepage distances is very complex and represents a potential source of error.

Die Zusatzschaltung 10 kann in vielerlei Hinsicht modifiziert werden. Denkbar wäre, lediglich zwei Ohmsche Widerstände R1 und R2 im Spannungsteiler 11 vorzusehen, wobei in diesem Fall der erste Spannungsabgriff 16 und der zweite Spannungsabgriff 20 zu einem gemeinsamen Spannungsabgriff zwischen den beiden Widerständen R1 und R2 zusammengefasst werden. In diesem Fall wäre es von Vorteil, wenn im ersten Schaltungsteil 12 der Transistor T1 über einen zusätzlichen Vorschaltwiderstand mit dem gemeinsamen Spannungsabgriff verbunden ist. The additional circuit 10 can be modified in many ways. It would be conceivable only two ohmic resistors R1 and R2 in the voltage divider 11 to provide, in which case the first voltage tap 16 and the second voltage tap 20 be combined to form a common voltage between the two resistors R1 and R2. In this case, it would be advantageous if in the first circuit part 12 the transistor T1 is connected via an additional ballast resistor to the common voltage tap.

In der Zusatzschaltung 10 besteht jedes Entkopplungsglied aus einer Serienschaltung aus Vorschaltwiderstand und Transistor, wobei die Serienschaltung den zugehörigen Spannungsabgriff mit der Zwischenkreisleitung 8' elektrisch verbindet. Denkbar wäre, die Entkopplungsglieder jeweils andersartig zu realisieren, beispielsweise alleinig durch einen Transistor, der einen definierten elektrischen Widerstand im Sperrzustand aufweist. In the additional circuit 10 each decoupling element consists of a series circuit of ballast resistor and transistor, the series circuit the associated voltage tap with the DC link 8th' connects electrically. It would be conceivable to implement the decoupling elements differently in each case, for example, solely by a transistor having a defined electrical resistance in the off state.

Der erfindungsgemäße 3-Phasen-Wechselrichter 1 schafft somit erstmals die Möglichkeit eine Mehrzahl Funktionen in Verbindung mit der Zwischenkreisspannung UZK durch einen einzigen Spannungsteiler 11 zu realisieren, wobei die verschiedenen Funktionen durch jeweilige Entkopplungsglieder elektrisch voneinander entkoppelbar sind, so dass sich die Funktionen nicht gegenseitig nachteilig beeinträchtigen. Der 3-Phasen-Wechselrichter 1 kann besonders kompakt ausgeführt sein, da lediglich ein einziger Spannungsteiler 11 erforderlich ist, so dass insbesondere kein Platzbedarf für die Luft- und Kriechstrecken mehrerer Hochspannungswiderstandsketten besteht. Die technische Umsetzung der Luft- und Kriechstrecke des einzigen Spannungsteilers 11 ist relativ einfach und mit geringer Fehleranfälligkeit behaftet. The inventive 3-phase inverter 1 Thus, it is possible for the first time to provide a plurality of functions in connection with the intermediate circuit voltage U ZK by means of a single voltage divider 11 to realize, wherein the various functions by respective decoupling members are electrically decoupled from each other, so that the functions do not adversely affect each other. The 3-phase inverter 1 can be made very compact, since only a single voltage divider 11 is required, so that in particular there is no space requirement for the creepage distances and creepage distances of several high-voltage resistance chains. The technical implementation of the air and creepage distance of the single voltage divider 11 is relatively simple and subject to low susceptibility to errors.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
3-Phasen-Wechselrichter 3-phase inverter
22
Leistungsmodul power module
33
Halbbrücke half bridge
44
Leistungsschalter breakers
55
Mittelabgriff center tap
66
Freilaufdiode Freewheeling diode
77
Spannungszwischenkreis Voltage link
8, 8'8, 8 '
Zwischenkreisleitung Link cable
99
Kondensator capacitor
1010
Zusatzschaltung additional circuit
1111
Spannungsteiler voltage divider
1212
erster Schaltungsteil first circuit part
1313
Analog-Digital-Wandler Analog to digital converter
1414
erster ADC-Eingang first ADC input
1515
zweiter ADC-Eingang second ADC input
1616
erster Spannungsabgriff first voltage tap
1717
T1-Kontrolllogik  T1 control logic
1818
zweiter Schaltungsteil second circuit part
1919
Anlaufschaltung start-up circuit
2020
zweiter Spannungsabgriff second voltage tap
2121
dritter Schaltungsteil third circuit part
2222
Entladungsschaltung  discharge circuit
2323
PTC-Widerstand PTC resistor
2424
Zener-Diode Zener diode
2525
T3-Kontrolllogik T3 control logic
2626
Entkopplungsglied decoupling member

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19710371 C1 [0003] DE 19710371 C1 [0003]

Claims (14)

Stromrichter (1) mit einem Spannungszwischenkreis (7) zum Bereitstellen einer Zwischenkreisspannung (UZK) für eine Leistungseinheit (2) zum Umwandeln von elektrischer Energie und einer Zusatzschaltung (10), wobei die Zusatzschaltung (10) umfasst: – einen an den Spannungszwischenkreis (7) angeschlossenen Spannungsteiler (11) mit wenigstens zwei Ohmschen Widerständen (R1, R2, R3...Rn), – einen ersten Spannungsabgriff (16) am Spannungsteiler (11) zum Abgreifen einer ersten Teilspannung von der Zwischenkreisspannung (UZK), wobei der erste Spannungsabgriff (16) mit einem Schaltungsteil (12) mit einem Funktionselement (13) zum Ausführen einer Funktion elektrisch verbunden ist, – mindestens einen zweiten Spannungsabgriff (20) am Spannungsteiler (11) zum Abgreifen einer zweiten Teilspannung von der Zwischenkreisspannung (UZK), wobei der zweite Spannungsabgriff (20) mit mindestens einem weiteren Schaltungsteil (18, 21) mit einem weiteren Funktionselement (19, 22) zum Ausführen einer weiteren Funktion elektrisch verbunden ist, wobei die Schaltungsteile (12, 18, 21) jeweils über ein schaltbares Entkopplungsglied (26) zur elektrischen Entkopplung von den anderen Schaltungsteilen verfügen, wobei die Entkopplungsglieder (26) jeweils einen Schalter (T1, T2, T3) aufweisen und so ausgebildet sind, dass in einem ersten Schaltzustand des Schalters (T1, T2, T3) die Funktion des zugehörigen Schaltungsteils (12, 18, 21) ausführbar ist und in einem zweiten Schaltzustand des Schalters (T1, T2, T3) die Funktion des Schaltungsteils (12, 18, 21) nicht ausführbar ist und zugleich ein durch das Entkopplungsglied (26) definierter elektrischer Widerstand im Schaltungsteil (12, 18, 21) vorliegt. Power converter ( 1 ) with a voltage intermediate circuit ( 7 ) for providing a DC link voltage (U ZK ) for a power unit ( 2 ) for converting electrical energy and an additional circuit ( 10 ), the additional circuit ( 10 ) comprises: - one to the voltage intermediate circuit ( 7 ) connected voltage divider ( 11 ) having at least two ohmic resistors (R1, R2, R3 ... Rn), - a first voltage tap ( 16 ) at the voltage divider ( 11 ) for tapping a first partial voltage from the intermediate circuit voltage (U ZK ), wherein the first voltage tap ( 16 ) with a circuit part ( 12 ) with a functional element ( 13 ) is electrically connected to perform a function, - at least one second voltage tap ( 20 ) at the voltage divider ( 11 ) for tapping a second partial voltage from the intermediate circuit voltage (U ZK ), wherein the second voltage tap ( 20 ) with at least one further circuit part ( 18 . 21 ) with another functional element ( 19 . 22 ) is electrically connected to perform another function, wherein the circuit parts ( 12 . 18 . 21 ) each via a switchable decoupling member ( 26 ) for the electrical decoupling of the other circuit parts, wherein the decoupling members ( 26 ) each having a switch (T1, T2, T3) and are formed so that in a first switching state of the switch (T1, T2, T3), the function of the associated circuit part ( 12 . 18 . 21 ) is executable and in a second switching state of the switch (T1, T2, T3), the function of the circuit part ( 12 . 18 . 21 ) is not executable and at the same time by the decoupling member ( 26 ) defined electrical resistance in the circuit part ( 12 . 18 . 21 ) is present. Stromrichter nach Anspruch 1, bei welchem die Entkopplungsglieder (26) jeweils dazu ausgebildet sind, den zugehörigen Spannungsabgriff (16, 20) mit einer Zwischenkreisleitung (8, 8') elektrisch zu verbinden. Power converter according to Claim 1, in which the decoupling members ( 26 ) are each adapted to the associated voltage tap ( 16 . 20 ) with a DC link ( 8th . 8th' ) electrically connect. Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem die Entkopplungsglieder (26) jeweils eine Serienschaltung aus einem Ohmschen Vorschaltwiderstand (R2, RV1, RV2) und einem Transistor (T1, T2, T3) umfassen, wobei das Funktionselement (13, 19, 22) mit einem Verbindungspunkt (V17, V7, V12) zwischen dem Vorschaltwiderstand (R2, RV1, RV2) und dem Transistor (T1, T2, T3) elektrisch verbunden ist. Power converter according to one of Claims 1 or 2, in which the decoupling members ( 26 ) each comprise a series connection of an ohmic ballast resistor (R2, RV1, RV2) and a transistor (T1, T2, T3), wherein the functional element ( 13 . 19 . 22 ) is electrically connected to a connection point (V17, V7, V12) between the ballast resistor (R2, RV1, RV2) and the transistor (T1, T2, T3). Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem der Spannungsteiler (11) wenigstens drei Ohmsche Widerstände (R1, R2, R3...Rn) aufweist, wobei der erste Spannungsabgriff (16) die erste Teilspannung zwischen einem ersten Paar Ohmscher Widerstände (R1, R2) abgreift und der zweite Spannungsabgriff (20) die zweite Teilspannung zwischen einem zweiten Paar Ohmscher Widerstände (R2, R3) abgreift, wobei die beiden Paare Ohmscher Widerstände voneinander verschieden sind. Power converter according to one of Claims 1 to 3, in which the voltage divider ( 11 ) has at least three ohmic resistors (R1, R2, R3 ... Rn), wherein the first voltage tap ( 16 ) picks up the first partial voltage between a first pair of ohmic resistors (R1, R2) and the second voltage tap ( 20 ) picks up the second partial voltage between a second pair of ohmic resistors (R2, R3), wherein the two pairs of ohmic resistors are different from each other. Stromrichter nach Anspruch 4, bei welchem die beiden Paare Ohmscher Widerstände (R1, R2; R2, R3) einen gemeinsamen Ohmschen Widerstand (R2) aufweisen. A power converter according to claim 4, wherein the two pairs of ohmic resistors (R1, R2; R2, R3) have a common ohmic resistance (R2). Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem der zweite Spannungsabgriff (20) mit einer Mehrzahl Schaltungsteile (18, 21), die jeweils mit einem Funktionselement (19, 22) zum Ausführen einer Funktion versehen sind, elektrisch verbunden ist. Power converter according to one of Claims 1 to 5, in which the second voltage tap ( 20 ) with a plurality of circuit parts ( 18 . 21 ), each with a functional element ( 19 . 22 ) are provided for performing a function, is electrically connected. Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem – ein an den ersten Spannungsabgriff (16) angeschlossener erster Schaltungsteil (12) dazu ausgebildet ist, die Zwischenkreisspannung (UZK) zu messen, und/oder – ein an den zweiten Spannungsabgriff (20) angeschlossener zweiter Schaltungsteil (18) dazu ausgebildet ist, eine Anlaufschaltung mit einer Versorgungsspannung zu speisen, und/oder – ein an den zweiten Spannungsabgriff (20) angeschlossener dritter Schaltungsteil (21) dazu ausgebildet ist, den Spannungszwischenkreis (7) aktiv zu entladen. Power converter according to one of claims 1 to 6, in which - a to the first voltage tap ( 16 ) connected first circuit part ( 12 ) is designed to measure the intermediate circuit voltage (U ZK ), and / or - a to the second voltage tap ( 20 ) connected second circuit part ( 18 ) is adapted to supply a starting circuit with a supply voltage, and / or - a to the second voltage tap ( 20 ) connected third circuit part ( 21 ) is adapted to the voltage intermediate circuit ( 7 ) to actively unload. Stromrichter nach Anspruch 7, bei welchem der – der erste Schaltungsteil (12) einen Analog-Digital-Wandler (13) umfasst, und/oder – der zweite Schaltungsteil (18) einen Ladungsspeicher umfasst, und/oder – der dritte Schaltungsteil (21) eine Serienschaltung aus Leistungstransistor (T4) und PTC-Widerstand (23) umfasst.A power converter according to claim 7, wherein - the first circuit part ( 12 ) an analog-to-digital converter ( 13 ), and / or - the second circuit part ( 18 ) comprises a charge storage, and / or - the third circuit part ( 21 ) a series circuit of power transistor (T4) and PTC resistor ( 23 ). Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, sowie 5 bis 8, bei welchem der Spannungsteiler (11) zwei Ohmsche Widerstände umfasst, wobei der erste Spannungsabgriff (16) und der zweite Spannungsabgriff (20) als gemeinsamer Spannungsabgriff ausgebildet sind. Power converter according to one of Claims 1 or 2 and 5 to 8, in which the voltage divider ( 11 ) comprises two ohmic resistors, the first voltage tapping ( 16 ) and the second voltage tap ( 20 ) are designed as a common voltage tap. Elektrische Maschine mit einem Stromrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Speisung mit einer Betriebsspannung. Electric machine with a power converter ( 1 ) according to one of claims 1 to 9 for feeding with an operating voltage. Kraftfahrzeug mit einem Elektro- oder Hybridantrieb, das mit einer elektrischen Maschine mit Stromrichter nach Anspruch 10 als Antriebsmaschine ausgerüstet ist. Motor vehicle with an electric or hybrid drive, which is equipped with an electric machine with power converter according to claim 10 as a drive machine. Verfahren zum Betreiben eines Stromrichters (1) mit einem Spannungszwischenkreis (7) zum Bereitstellen einer Zwischenkreisspannung (UZK) für eine Leistungseinheit (2) zum Umwandeln von elektrischer Energie, mit den folgenden Schritten: – Abgreifen einer ersten Teilspannung von der Zwischenkreisspannung (UZK) zum Beaufschlagen eines Funktionselements zum Ausführen einer Funktion eines ersten Schaltungsteils einer Zusatzschaltung mit der ersten Teilspannung, – Abgreifen einer zweiten Teilspannung von der Zwischenkreisspannung (UZK) zum Beaufschlagen mindestens eines weiteren Funktionselements zum Ausführen einer weiteren Funktion eines zweiten Schaltungsteils der Zusatzschaltung mit der zweiten Teilspannung, wobei mindestens ein Funktionselement von mindestens einem anderen Funktionselement elektrisch entkoppelt wird, wenn das andere Funktionselement seine Funktion ausführt, wobei ein definierter elektrischer Widerstand im Schaltungsteil des einen Funktionselements erzeugt wird. Method for operating a power converter ( 1 ) with a voltage intermediate circuit ( 7 ) for providing a DC link voltage (U ZK ) for a power unit ( 2 ) for converting electrical energy, comprising the following steps: - picking up a first partial voltage from the intermediate circuit voltage (U ZK ) for applying a functional element for performing a function of a first circuit part of an additional circuit with the first partial voltage, - tapping a second partial voltage from the intermediate circuit voltage (U ZK ) for applying at least one further functional element for carrying out a further function of a second circuit part of the additional circuit with the second partial voltage, wherein at least one functional element of at least one other functional element is electrically decoupled when the other functional element performs its function, wherein a defined electrical Resistance is generated in the circuit part of a functional element. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem ein definierter elektrischer Widerstand im Schaltungsteil des einen Funktionselements durch elektrisches Verbinden eines Spannungsabgriffs zum Abgreifen der zum Schaltungsteil zugehörigen Teilspannung mit einem Potential, insbesondere dem unteren Potential, der Zwischenkreisspannung erzeugt wird.  Method according to Claim 12, in which a defined electrical resistance is generated in the circuit part of the one functional element by electrically connecting a voltage tap for tapping the partial voltage associated with the circuit part with a potential, in particular the lower potential, of the intermediate circuit voltage. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei welchem von den Funktionselementen eine oder mehrere der folgenden Funktionen ausgeführt werden: – Messen der Zwischenkreisspannung, – Beaufschlagen einer Anlaufschaltung mit einer Versorgungsspannung, – aktives Entladen des Zwischenkreises.  Method according to one of claims 12 or 13, in which one or more of the following functions are performed by the functional elements: - measuring the intermediate circuit voltage, - applying a start-up circuit with a supply voltage, - Active unloading of the DC link.
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