DE102015213081A1

DE102015213081A1 - Method for protecting a circuit arrangement and control device for carrying out the method

Info

Publication number: DE102015213081A1
Application number: DE102015213081.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Butzmann; Peter Taufer; Bernd Eckert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2017-01-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zum Schutz einer Schaltungsanordnung (100) wobei die Schaltungsanordnung (100) eine Reihenschaltung mit einem ersten Schaltelement (10) und einem zweiten Schaltelement (20) aufweist. An den Enden der Reihenschaltung liegt eine Versorgungsspannung (UV) an. An einen Ansteueranschluss des zweiten Schaltelementes (20) ist eine Gate-Spannung (UG1/ UG2) anlegbar. Der durch das zweite Schaltelement (20) fließende Strom ist in Abhängigkeit der angelegten Gate-Spannung (UG1/ UG2) einstellbar. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Anlegen (220) einer ersten Gate-Spannung (UG1) an den Ansteueranschluss des zweiten Schaltelementes (20) und Ermitteln (230), ob das erste Schaltelement (10) kurz geschlossen ist. Wenn das erste Schaltelement (10) nicht kurz geschlossen ist, wird der Betrieb des zweiten Schaltelementes (20) durchgeführt (250), wobei zum Schließen des zweiten Schaltelementes (20) eine zweite Gate-Spannung (UG2) an den Ansteueranschluss des zweiten Schaltelementes (20) angelegt wird. Wenn das erste Schaltelement (10) kurz geschlossen ist, wird der Betrieb der Schaltungsanordnung (100) unterbrochen (240).The invention relates to a method and a control device for protecting a circuit arrangement (100), wherein the circuit arrangement (100) has a series connection with a first switching element (10) and a second switching element (20). At the ends of the series connection is a supply voltage (UV). To a drive terminal of the second switching element (20), a gate voltage (UG1 / UG2) can be applied. The current flowing through the second switching element (20) can be set as a function of the applied gate voltage (UG1 / UG2). The method comprises the following steps: applying (220) a first gate voltage (UG1) to the drive terminal of the second switching element (20) and determining (230) whether the first switching element (10) is short-circuited. If the first switching element (10) is not short-circuited, the operation of the second switching element (20) is performed (250), wherein for closing the second switching element (20) a second gate voltage (UG2) to the drive terminal of the second switching element ( 20) is created. When the first switching element (10) is short-circuited, the operation of the circuit arrangement (100) is interrupted (240).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz einer Schaltungsanordnung, wobei die Schaltungsanordnung eine Reihenschaltung mit einem ersten Schaltelement und einem zweiten Schaltelement aufweist, sowie eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, dieses Verfahren durchzuführen. Ferner betrifft die Erfindung einen Wechselrichter mit einer entsprechenden Steuervorrichtung und einen elektrischen Antriebsstrang, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.The invention relates to a method for protecting a circuit arrangement, wherein the circuit arrangement comprises a series circuit with a first switching element and a second switching element, and a control device which is adapted to perform this method. Furthermore, the invention relates to an inverter with a corresponding control device and an electric drive train, a computer program and a machine-readable storage medium.

Stand der TechnikState of the art

Zum Betreiben elektrischer Antriebe werden üblicherweise Wechselrichter eingesetzt, die elektrische Energie aus einer Gleichspannungsquelle, z. B. einer Batterie oder Brennstoffzelle, in eine Wechselspannung umwandeln, um eine elektrische Maschine, beispielsweise eine Synchron- oder Asynchronmaschine, mit Wechselspannung bzw. Wechselstrom zu versorgen. Zur Wandlung der Spannung bzw. des Stroms weisen Wechselrichter Halbbrücken auf. Diese Halbbrücken weisen Schaltelemente, insbesondere Leistungshalbleiterschalter auf, mittels denen der Gleichstrom und die Gleichspannung getaktet geschaltet werden, sodass sich an den Ausgangsklemmen des Wechselrichters eine Wechselspannung und bei Belastung ein Wechselstrom ergibt. Als Schaltelemente werden üblicherweise IGBTs oder MOSFETs verwendet. Eine Halbbrücke umfasst eine Reihenschaltung eines ersten und eines zweiten Schaltelementes. An einem Mittelabgriff zwischen den beiden Schaltelementen wird die sogenannte Phasenspannung abgegriffen, die beispielsweise der Versorgung einer Phase einer elektrischen Maschine mit Wechselstrom dient. An den beiden Enden der Reihenschaltung der beiden Schaltelemente liegt eine Gleichspannung an, die die elektrische Energie für die Versorgung der elektrischen Maschine mit Wechselstrom liefert. Zur Versorgung einer elektrischen Maschine mit beispielsweise drei Phasen werden drei solcher Reihenschaltungen parallel geschaltet und an die Gleichspannungsquelle angeschlossen. Die drei elektrischen Phasen der elektrischen Maschine werden jeweils mit den Mittelabgriffen der jeweiligen Halbbrücke oder Reihenschaltung verbunden. Für den fehlerfreien Betrieb des Wechselrichters muss ein gleichzeitiges Einschalten zweiter Schaltelemente aus einer Reihenschaltung vermieden werden, da ansonsten ein Kurzschluss zwischen den beiden Spannungspotenzialen der Gleichspannungsquelle entstehen würde. Dies hätte einen sehr hohen Strom und eine Hitzeentwicklung zur Folge, die die elektrische Schaltung zerstört. Während des Betriebs des Wechselrichters wird somit stets darauf geachtet, dass nur eines der jeweiligen zwei Schaltelemente einer Reihenschaltung geschlossen ist. Für einen fehlerfreien Betrieb der Schaltung ist daher sicherzustellen, dass nicht eines der Schaltelemente defekt ist und kurzgeschlossen ist. Wenn eines der Schaltelemente kurzgeschlossen ist, ist der weitere Betrieb, also ein Schließen des verbleibenden zweiten Schaltelementes zu unterlassen, da ansonsten ein Kurzschluss weitere Teile der Schaltungsanordnung zerstört.To operate electric drives usually inverters are used, the electrical energy from a DC voltage source, eg. As a battery or fuel cell to convert into an AC voltage to supply an electrical machine, such as a synchronous or asynchronous machine, with AC or AC. To convert the voltage or the current, inverters have half-bridges. These half-bridges have switching elements, in particular power semiconductor switches, by means of which the direct current and the DC voltage are switched clocked, so that there is an alternating voltage at the output terminals of the inverter and an alternating current when loaded. As switching elements usually IGBTs or MOSFETs are used. A half-bridge comprises a series connection of a first and a second switching element. At a center tap between the two switching elements, the so-called phase voltage is tapped, which serves for example to supply a phase of an electric machine with alternating current. At the two ends of the series connection of the two switching elements is a DC voltage, which supplies the electrical energy for the supply of the electric machine with alternating current. To supply an electrical machine with, for example, three phases, three such series circuits are connected in parallel and connected to the DC voltage source. The three electrical phases of the electric machine are each connected to the center taps of the respective half-bridge or series connection. For faultless operation of the inverter, a simultaneous switching on of second switching elements from a series connection must be avoided, since otherwise a short circuit between the two voltage potentials of the DC voltage source would arise. This would result in a very high current and a heat development that destroys the electrical circuit. During operation of the inverter, it is thus always ensured that only one of the respective two switching elements of a series connection is closed. For a fault-free operation of the circuit is therefore to ensure that not one of the switching elements is defective and short-circuited. If one of the switching elements is short-circuited, the further operation, ie a closing of the remaining second switching element is to be omitted, since otherwise a short circuit destroys further parts of the circuit arrangement.

Aus der DE 10 2012 216 318 A1 ist eine Überstromschutzschaltung bekannt, die mittels weiterer Bauelemente einen Kurzschluss an einem der Schaltelemente erkennt.From the DE 10 2012 216 318 A1 is an overcurrent protection circuit is known, which detects by means of other components a short circuit on one of the switching elements.

Es besteht das Bedürfnis, alternative Möglichkeiten zum Schutz von Schaltungen, die Schaltelemente aufweisen, bereitzustellen.There is a need to provide alternative ways of protecting circuits having switching elements.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird ein Verfahren zum Schutz einer Schaltungsanordnung bereitgestellt. Die Schaltungsanordnung weist eine Reihenschaltung mit einem ersten Schaltelement und einem zweiten Schaltelement auf. Diese Schaltungsanordnung entspricht insbesondere einer Halbbrücke eines Wechselrichters, oder einer sogenannten B6-Brücke. An den Enden der Reihenschaltung liegt eine Versorgungsspannung an. Gewöhnlicherweise wird als Versorgungsspannung eine Gleichspannung aus einer Energiequelle, beispielweise einer Batterie, eines Akkumulators oder einer Brennstoffzelle verwendet. An den Steueranschluss oder an das Gate des zweiten Schaltelementes ist eine Gate-Spannung anlegbar. In Abhängigkeit der angelegten Gate-Spannung ist der durch das zweite Schaltelement fließende Strom einstellbar. Der durch das zweite Schaltelement fließende Strom ist hierbei insbesondere der elektrische Strom, der vom Kollektor zum Emitter des zweiten Schaltelementes fließt oder andersherum. Je höher die Gate-Spannung ist, desto größer ist der Strom, der durch das zweite Schaltelement fließt. Das Verfahren zum Schutz der Schaltungsanordnung weist folgende Schritte auf:
Anlegen einer ersten Gate-Spannung an den Ansteueranschluss des zweiten Schaltelementes, und ermitteln, ob das erste Schaltelement kurzgeschlossen ist,
und wenn das erste Schaltelement nicht kurzgeschlossen ist:
Durchführen des Betriebs des zweiten Schaltelementes, wobei zum Schließen des zweiten Schaltelementes eine zweite Gate-Spannung an den Ansteueranschluss des zweiten Schaltelementes angelegt wird,
und wenn das erste Schaltelement kurzgeschlossen ist:
Unterbrechen des Betriebs der Schaltungsanordnung.A method for protecting a circuit arrangement is provided. The circuit arrangement has a series circuit with a first switching element and a second switching element. This circuit arrangement corresponds in particular to a half bridge of an inverter, or a so-called B6 bridge. At the ends of the series circuit is a supply voltage. Usually, a DC voltage from an energy source, for example a battery, a rechargeable battery or a fuel cell, is used as the supply voltage. At the control terminal or to the gate of the second switching element, a gate voltage can be applied. Depending on the applied gate voltage, the current flowing through the second switching element is adjustable. The current flowing through the second switching element is in this case, in particular, the electric current which flows from the collector to the emitter of the second switching element or vice versa. The higher the gate voltage, the larger the current flowing through the second switching element. The method for protecting the circuit arrangement comprises the following steps:
Applying a first gate voltage to the drive terminal of the second switching element, and determining whether the first switching element is short-circuited,
and if the first switching element is not short-circuited:
Performing the operation of the second switching element, wherein for closing the second switching element, a second gate voltage is applied to the drive terminal of the second switching element,
and if the first switching element is short-circuited:
Interrupting the operation of the circuit arrangement.

Zum Schutz der Schaltung wird somit zunächst eine, insbesondere niedrigere, erste Gate-Spannung an das Gate des zweiten Schaltelementes angelegt. Wenn eine Spannung zwischen Kollektor und Emitter an dem zweiten Schaltelement anliegt, bewirkt diese erste Gate-Spannung einen geringen Strom durch das zweite Schaltelement. Auch für den Fall, dass ein Kurzschluss im ersten Schaltelement vorliegt, stellt sich nur ein geringer Stromfluss durch das erste und das zweite Schaltelement ein, sodass die Schaltungsanordnung keinen Schaden nimmt oder zerstört wird. In einem nächsten Schritt wird nun ermittelt, ob das erste Schaltelement kurzgeschlossen ist oder nicht. Ergibt die Ermittlung, dass das erste Schaltelement nicht kurzgeschlossen ist, so wird der Betrieb des zweiten Schaltelementes weiter durchgeführt. Wie oben erwähnt, besteht der Betrieb des zweiten Schaltelementes beispielsweise beim Einsatz innerhalb eines Wechselrichters darin, dass das Schaltelement, beispielsweise gemäß eines vorgegebenen pulsweitenmodulierten Signals, geöffnet und geschlossen wird, um eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln, die am Mittelabgriff zwischen den beiden Schaltelementen abgenommen wird. Bei der Durchführung dieses Betriebs wird zum Schließen des zweiten Schaltelementes eine, insbesondere höhere, zweite Gate-Spannung an das Gate des zweiten Schaltelementes angelegt, sodass sich ein Strom gemäß der angeschlossenen Last, insbesondere in Abhängigkeit der angeforderten elektrischen Antriebsleistung, ausbildet. Wenn das erste Schaltelement jedoch kurzgeschlossen ist, so wird der weitere Betrieb der Schaltungsanordnung unterbrochen. Das Unterbrechen des Betriebs bewirkt, dass sich kein Kurzschlussstrom zwischen den beiden Enden der Reihenschaltung oder den beiden Spannungspotentialen der Gleichspannungsquelle ausbilden kann. Das Unterbrechen kann somit durch das Trennen einer galvanischen Verbindung zwischen der Gleichspannungsquelle und der Reihenschaltung, durch anhaltendes Öffnen des zweiten Schaltelementes oder insbesondere durch Minimierung der Gate-Spannung an dem Gate des zweiten Schaltelementes, erfolgen.In order to protect the circuit, therefore, one, in particular lower, first gate voltage is first applied to the gate of the second Switching element created. When a voltage between the collector and the emitter is applied to the second switching element, this first gate voltage causes a low current through the second switching element. Even in the event that there is a short circuit in the first switching element, only a small current flow through the first and the second switching element, so that the circuit arrangement is not damaged or destroyed. In a next step, it is now determined whether the first switching element is short-circuited or not. If the determination that the first switching element is not short-circuited, the operation of the second switching element continues to be performed. As mentioned above, the operation of the second switching element, for example, when used inside an inverter is that the switching element, for example, according to a predetermined pulse width modulated signal, is opened and closed to convert a DC voltage into an AC voltage, which decreased at the center tap between the two switching elements becomes. In the implementation of this operation, a, in particular higher, second gate voltage is applied to the gate of the second switching element for closing the second switching element, so that a current in accordance with the connected load, in particular as a function of the requested electric drive power, is formed. However, if the first switching element is short-circuited, the further operation of the circuit arrangement is interrupted. The interruption of the operation causes no short-circuit current between the two ends of the series circuit or the two voltage potentials of the DC voltage source can form. The interruption can thus take place by disconnecting a galvanic connection between the DC voltage source and the series circuit, by continuously opening the second switching element or in particular by minimizing the gate voltage at the gate of the second switching element.

Vorteilhaft wird so ein Verfahren bereitgestellt, welches einen betriebssicheren Betrieb der Schaltungsanordnung ermöglicht und einen weiteren Betrieb der Schaltungsanordnung bei vorliegen eines Kurzschlusses verhindert.Advantageously, such a method is provided which enables a reliable operation of the circuit arrangement and prevents further operation of the circuit arrangement in the presence of a short circuit.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren folgende weitere Schritte zur Ermittlung, ob das erste Schaltelement kurzgeschlossen ist: Messen der elektrischen Spannung an oder über dem ersten Schaltelement, also insbesondere der elektrischen Spannung, die zwischen Kollektor und Emitter an dem ersten Schaltelement anliegt, und vergleichen der gemessenen Spannung mit einem vorgebbaren Spannungsschwellwert. Dabei wird ermittelt, dass das erste Schaltelement kurzgeschlossen ist, wenn die gemessene Spannung kleiner als der Spannungsschwellwert ist. Die zu messende Spannung an dem ersten Schaltelement entspricht insbesondere der elektrischen Spannung am Mittelabgriff einer Halbbrücke, also insbesondere einer Phasenspannung, wie sie beispielsweise von einem Wechselrichter zur Versorgung einer Phase einer elektrischen Maschine ausgegeben wird.In another embodiment of the invention, the method comprises the following further steps for determining whether the first switching element is short-circuited: measuring the electrical voltage at or above the first switching element, ie in particular the electrical voltage which is applied to the first switching element between collector and emitter and compare the measured voltage with a predefinable voltage threshold. It is determined that the first switching element is short-circuited when the measured voltage is less than the voltage threshold. The voltage to be measured at the first switching element corresponds in particular to the electrical voltage at the center tap of a half-bridge, that is to say in particular a phase voltage, as output, for example, from an inverter for supplying a phase of an electrical machine.

Mittels der Messung der elektrischen Spannung an oder über dem ersten Schaltelement und Vergleich des gemessenen Wertes mit einem vorgebbaren Spannungsschwellwert wird ermittelt, ob das erste Schaltelement defekt ist und kurzgeschlossen ist. Insbesondere wird der Spannungsschwellwert mit dem Betrag der gemessenen Spannung verglichen. So ist das Ergebnis der oben beschriebenen Ermittlung auch für den Fall von negativen Spannungen richtig.By means of the measurement of the electrical voltage at or above the first switching element and comparison of the measured value with a predefinable voltage threshold, it is determined whether the first switching element is defective and short-circuited. In particular, the voltage threshold is compared with the magnitude of the measured voltage. Thus, the result of the above-described determination is correct even in the case of negative voltages.

Vorteilhaft wird so eine einfache Möglichkeit zur Ermittlung eines Kurzschlusses an dem ersten Schaltelement bereitgestellt. Advantageously, a simple possibility for determining a short circuit on the first switching element is thus provided.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren folgende weitere Schritte zur Ermittlung, ob das erste Schaltelement kurzgeschlossen ist: Messen des Stroms durch das zweite Schaltelement und Vergleichen des gemessenen Stroms mit einem Stromschwellwert. Dabei wird ermittelt, dass das erste Schaltelement kurzgeschlossen ist, wenn der gemessene Strom größer als der Stromschwellwert ist.In another embodiment of the invention, the method comprises the following further steps for determining whether the first switching element is short-circuited: measuring the current through the second switching element and comparing the measured current with a current threshold value. It is determined that the first switching element is short-circuited when the measured current is greater than the current threshold.

Mittels einer Messeinrichtung, insbesondere mittels eines I-Sense-Kontakts an dem zweiten Schaltelement, wird der Strom durch das zweite Schaltelement gemessen. Der gemessene Strom wird mit einem Stromschwellwert verglichen und ein defektes erstes Schaltelement oder kurzgeschlossenes erstes Schaltelement erkannt, wenn der gemessene Strom größer als der Stromschwellwert ist. Insbesondere wird der Stromschwellwert mit dem Betrag des gemessenen Stroms verglichen. So ist das Ergebnis der oben beschriebenen Ermittlung auch für den Fall von negativen Strömen richtig.By means of a measuring device, in particular by means of an I-sense contact on the second switching element, the current through the second switching element is measured. The measured current is compared with a current threshold and a defective first switching element or shorted first switching element is detected when the measured current is greater than the current threshold. In particular, the current threshold value is compared with the magnitude of the measured current. Thus, the result of the above-described determination is correct even in the case of negative currents.

Vorteilhaft wird so eine weitere einfache Möglichkeit zur Ermittlung eines Kurzschlusses an dem ersten Schaltelement bereitgestellt.Advantageously, a further simple way of determining a short circuit on the first switching element is thus provided.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Gate-Spannung, die an das zweite Schaltelement angelegt wird, niedriger als die zweite Gate-Spannung. Insbesondere beträgt die erste Gate-Spannung 60% oder 30% der zweiten Gate-Spannung.In another embodiment of the invention, the first gate voltage applied to the second switching element is lower than the second gate voltage. In particular, the first gate voltage is 60% or 30% of the second gate voltage.

Bei dem Verfahren zum Schutz einer Schaltungsanordnung wird zunächst eine niedrigere erste Gate-Spannung an das zweite Schaltelement angelegt. Diese ist signifikant kleiner als die zweite Gate-Spannung, mit der das zweite Schaltelement normalerweise, also insbesondere während des bestimmungsgemäßen oder regulären Betriebs der Schaltungsanordnung, betrieben wird.In the method of protecting a circuit arrangement, a lower first gate voltage is first applied to the second switching element. This is significantly smaller than the second gate Voltage with which the second switching element normally, ie in particular during the normal or regular operation of the circuit is operated.

Vorteilhaft wird somit ein, insbesondere teilweises, Schließen des zweiten Schaltelementes bewirkt, so dass sich selbst in einem Fehler oder Kurzschlussfall nur ein geringer, beziehungsweise kein die Schaltung zerstörender, Strom ausbilden kann.Advantageously, therefore, a, in particular partial, closing of the second switching element is effected, so that even in a fault or short circuit, only a small, or no circuit destructive, can form current.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren für jedes der Schaltelemente der Schaltungsanordnung durchgeführt. Insbesondere wird das Verfahren für jedes der Schaltelemente einer Schaltung durchgeführt, die aus einer Parallelschaltung einer Mehrzahl von Schaltungsanordnungen besteht oder insbesondere ein Wechselrichter ist. In another embodiment of the invention, the method is performed for each of the switching elements of the circuit arrangement. In particular, the method is carried out for each of the switching elements of a circuit which consists of a parallel connection of a plurality of circuit arrangements or in particular is an inverter.

Vorteilhaft wird somit durch Ausführen des Verfahrens für jedes der Schaltelemente sichergestellt, dass eine gesamte Schaltung, bestehend aus mindestens einer Schaltungsanordnung, keine Schaltelemente aufweist die defekt oder kurzgeschlossen sind.It is thus advantageously ensured by carrying out the method for each of the switching elements that an entire circuit consisting of at least one circuit arrangement has no switching elements which are defective or short-circuited.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren regelmäßig durchgeführt. Das bedeutet, dass das Verfahren in Form einer regelmäßigen Ausführung, insbesondere in regelmäßigen Zeitabständen zum Beispiel stündlich oder täglich oder wöchentlich durchgeführt wird. Oder das Verfahren wird regelmäßig nach Auftreten von besonderen Vorkommnissen, beispielsweise bei Werkstattbesuchen, ausgeführt. In another embodiment of the invention, the method is carried out regularly. This means that the process is carried out in the form of a regular execution, in particular at regular time intervals, for example, hourly or daily or weekly. Or the procedure is carried out regularly after the occurrence of special incidents, for example during workshop visits.

Vorteilhaft wird somit ein sicherer Betrieb der Schaltungsanordnung gewährleistet.Thus, a safe operation of the circuit arrangement is advantageously ensured.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren beim Einschalten der Zündung des Fahrzeugs durchgeführt. Oder das Verfahren wird bei der Inbetriebnahme des Inverters durchgeführt, bevor eine erste reguläre Bestromung der Halbbrücken zur Erzeugung eines Maschinendrehmomentes erfolgt.In another embodiment of the invention, the method is performed when switching on the ignition of the vehicle. Or the method is carried out during the commissioning of the inverter, before a first regular energization of the half-bridges to generate a machine torque takes place.

Vorteilhaft wird somit sichergestellt, dass die Schaltungsanordnung vor der jeweiligen Inbetriebnahme des Fahrzeugs oder der Inbetriebnahme des Inverters auf Defekte überprüft wird und ggf. ein Betrieb, der eine Zerstörung der Elektronik verursachen könnte, verhindert.Advantageously, it is thus ensured that the circuit arrangement is checked for defects prior to the respective commissioning of the vehicle or the commissioning of the inverter, and possibly prevents operation which could cause destruction of the electronics.

Ferner wird ein Computerprogramm bereitgestellt, das dazu eingerichtet ist, das bisher dargestellte Verfahren auszuführen.Furthermore, a computer program is provided, which is configured to carry out the method presented so far.

Ferner wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.Furthermore, a machine-readable storage medium is provided on which the computer program is stored.

Ferner wird eine Steuervorrichtung bereitgestellt, die eingerichtet ist alle Schritte der genannten Verfahren durchzuführen.Furthermore, a control device is provided, which is set up to perform all the steps of said methods.

Es wird eine Einheit bereitgestellt, die mittels Hardware und/oder Software dazu eingerichtet ist, die genannten Verfahren durchzuführen. Diese Steuervorrichtung kann als eine einzelne Komponente mittels elektrischen Leitungen mit der Schaltungsanordnung verbunden sein, oder auch räumlich dichter bei der Schaltungsanordnung beispielsweise auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sein.A unit is provided which is set up by means of hardware and / or software to perform the said methods. This control device can be connected as a single component by means of electrical lines to the circuit arrangement, or be arranged spatially closer to the circuit arrangement, for example on a common board.

Vorteilhaft wird somit eine Steuervorrichtung bereitgestellt die ein Verfahren zum Schutz einer Schaltungsanordnung ausführt.Advantageously, a control device is thus provided which carries out a method for protecting a circuit arrangement.

Ferner wird ein Wechselrichter mit einer beschriebenen Steuervorrichtung bereitgestellt.Furthermore, an inverter is provided with a described control device.

Vorteilhaft wird somit ein Wechselrichter, der der Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Antrieb einer elektrischen Maschine dient, bereitgestellt. Thus, an inverter which serves to convert a DC voltage into an AC voltage for driving an electric machine is advantageously provided.

Ferner wird ein elektrischer Antriebsstrang bereitgestellt, welcher mindestens eine beschriebene Steuervorrichtung umfasst.Furthermore, an electric drive train is provided which comprises at least one described control device.

Vorteilhaft wird somit ein elektrischer Antriebstrang bereitgestellt, der beispielsweise in einem Fahrzeug, zum Antrieb des Fahrzeuges, eingebaut wird.Advantageously, an electric drive train is thus provided, which is installed, for example, in a vehicle to drive the vehicle.

Es versteht sich, dass die Merkmale Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend auf die erfindungsgemäße Steuervorrichtung, beziehungsweise auf die Wechselrichterschaltung und den elektrischen Antriebsstrang und umgekehrt zutreffen, beziehungsweise anwendbar sind.It is understood that the characteristics and advantages of the method according to the invention corresponding to the control device according to the invention, or apply to the inverter circuit and the electric drive train and vice versa, or are applicable.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

In Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden dazu zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to some figures to show:

1 eine Schaltungsanordnung 1 a circuit arrangement

2 einen elektrischen Antriebsstrang mit einem Wechselrichter mit Schaltungsanordnungen und eine Steuervorrichtung 2 an electric drive train with an inverter with circuit arrangements and a control device

3 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Schutz einer Schaltungsanordnung 3 a flowchart for a method for protecting a circuit arrangement

4 eine Spannung-/ Strom-Kennlinie eines Schaltelementes 4 a voltage / current characteristic of a switching element

Ausführungsformen der Erfindung:Embodiments of the invention:

Die 1 zeigt eine Schaltungsanordnung 100, wobei die Schaltungsanordnung 100 eine Reihenschaltung mit einem ersten Schaltelement 10 und einem zweiten Schaltelement 20 aufweist. An den Enden der Reihenschaltung liegt die Versorgungsspannung UV an. Weiter ist zwischen den Schaltelementen 10, 20 ein Mittelabgriff dargestellt. An diesem Mittelabgriff könnte eine Phasenspannung UP für die Versorgung einer elektrischen Maschine abgenommen werden. Die Schaltelemente 10 und 20 sind als Transistoren dargestellt, die mittels einer Gate-Spannung UG1, UG2 zum Schließen angesteuert werden können.The 1 shows a circuit arrangement 100 , wherein the circuit arrangement 100 a series circuit with a first switching element 10 and a second switching element 20 having. At the ends of the series connection is the supply voltage UV. Next is between the switching elements 10 . 20 a center tap shown. At this center tap, a phase voltage UP for the supply of an electrical machine could be removed. The switching elements 10 and 20 are shown as transistors which can be driven to close by means of a gate voltage UG1, UG2.

2 zeigt einen elektrischen Antriebsstrang 500. In dieser Darstellung ist an den elektrischen Antriebsstrang eine elektrische Maschine 510 angeschlossen. Die elektrische Maschine 510 kann dreiphasig mit elektrischer Energie aus dem Wechselrichter 300 versorgt werden. Eingangsseitig ist der Wechselrichter mit einer Gleichspannungsquelle mit der Spannung UV verbindbar. Der Wechselrichter 300 umfasst beispielsweise drei parallelgeschaltete Schaltungsanordnungen 100_1, 100_2 und 100_3. Über die Mittelabgriffe, die jeweils zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltelement der Schaltungsanordnungen 100_1, 100_2 und 100_3 angeordnet sind, werden die Phasenspannungen UP1, UP2, UP3 zur Versorgung der beispielsweise dreiphasigen elektrischen Maschine 510 abgenommen. Weiter ist eine Steuervorrichtung 400 dargestellt, welche derart mit den Gate-Anschlüssen der einzelnen Schaltelemente 10_1, ..., 20_3 verbunden ist, dass die einzelnen Gate-Anschlüsse mit einstellbaren Gate-Spannungen UG1, UG2 angesteuert werden können. Die Steuervorrichtung 400 ist weiter dazu eingerichtet, das beschriebene Verfahren auszuführen und insbesondere die einzelnen Gate-Spannungen an den einzelnen Schaltelementen 10_1, ..., 20_3 anzulegen. Weiter, jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt, sind Vorrichtungen vorgesehen, die eine Spannungs- und/oder Strommessung ermöglichen, und einen Vergleich der gemessenen Spannungen und/oder Ströme mit vorgegebenen oder vorgebbaren Spannungs- oder Stromschwellwerten ermöglicht. 2 shows an electric drive train 500 , In this illustration, the electric drive train is an electric machine 510 connected. The electric machine 510 can be three-phase with electrical energy from the inverter 300 be supplied. On the input side, the inverter can be connected to a DC voltage source with the voltage UV. The inverter 300 includes, for example, three parallel circuits 100_1 . 100_2 and 100_3 , About the center taps, each between the first and the second switching element of the circuit arrangements 100_1 . 100_2 and 100_3 are arranged, the phase voltages UP1, UP2, UP3 for supplying the example, three-phase electric machine 510 decreased. Next is a control device 400 shown, which with the gate terminals of the individual switching elements 10_1 , ..., 20_3 is connected, that the individual gate terminals with adjustable gate voltages UG1, UG2 can be controlled. The control device 400 is further adapted to carry out the described method and in particular the individual gate voltages at the individual switching elements 10_1 , ..., 20_3 to apply. Next, but not shown for reasons of clarity, devices are provided which allow a voltage and / or current measurement, and allows a comparison of the measured voltages and / or currents with predetermined or predetermined voltage or current thresholds.

3 zeigt ein Verfahren 200 zum Schutz einer Schaltungsanordnung 100. Mit Schritt 210 beginnt das Verfahren. In Schritt 220 wird eine erste Gate-Spannung UG1 an den Ansteueranschluss des zweiten Schaltelementes 20 angelegt. Das Verfahren führt nun eine Messung 222, 226 durch und einen anschließenden Vergleich 224, 228. In Schritt 230 wird in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleiches festgestellt ob ein erstes Schaltelement defekt ist. Wenn das erste Schaltelement als kurzgeschlossen, oder als defekt, erkannt wird, wird der Betrieb der Schaltungsanordnung 100 in Schritt 240 unterbrochen. Für den Fall, dass das erste Schaltelement 10 nicht kurzgeschlossen ist, wird der weitere Betrieb des zweiten Schaltelementes 20 durchgeführt 250. Mit Schritt 260 endet das Verfahren. Die Ermittlung, ob das erste Schaltelement kurzgeschlossen ist kann auf zweierlei Grundlagen durchgeführt werden. Einerseits wird mittels Messung 222 der elektrischen Spannung über dem ersten Schaltelement 10 und Vergleichen 224 der gemessenen Spannung UM mit einem Spannungsschwellwert UTH ermittelt 230, dass das erste Schaltelement kurzgeschlossen ist, wenn die gemessene Spannung UM kleiner als der Spannungsschwellwert UTH ist. Andererseits wird in Schritt 226 ein Strom durch das zweite Schaltelement 20 gemessen und in Schritt 228 der gemessene Strom IM mit einem Stromschwellwert ITH verglichen. In Schritt 230 wird dann ermittelt, dass das erste Schaltelement 10 kurzgeschlossen ist, wenn der gemessene Strom IM größer als der Stromschwellwert ITH ist. 3 shows a method 200 for the protection of a circuit arrangement 100 , With step 210 the procedure begins. In step 220 becomes a first gate voltage UG1 to the drive terminal of the second switching element 20 created. The method now performs a measurement 222 . 226 through and a subsequent comparison 224 . 228 , In step 230 is determined as a function of the result of the comparison whether a first switching element is defective. When the first switching element is detected as short-circuited or defective, the operation of the circuit arrangement becomes 100 in step 240 interrupted. In the event that the first switching element 10 is not short-circuited, the further operation of the second switching element 20 carried out 250 , With step 260 the procedure ends. The determination of whether the first switching element is short-circuited can be carried out on two bases. On the one hand, by means of measurement 222 the electrical voltage across the first switching element 10 and compare 224 the measured voltage UM is determined with a voltage threshold UTH 230 in that the first switching element is short-circuited when the measured voltage UM is smaller than the voltage threshold UTH. On the other hand, in step 226 a current through the second switching element 20 measured and in step 228 the measured current IM is compared with a current threshold value ITH. In step 230 is then determined that the first switching element 10 is shorted when the measured current IM is greater than the current threshold ITH.

In 4 ist eine Spannung-/ Strom-Kennlinie dargestellt. Die Kennlinie zeigt eine Gate-/ Emitter Spannung U_GE des zweiten Schaltelementes über dem Kollektor-/Emitter-Strom I_CE durch das zweite Schaltelement. Beispielhaft sind die zwei Arbeitspunkte A1, A2 dargestellt, die sich bei Anlegen einer ersten Gate-Spannung UG1 und bei Anlegen der zweiten Gate-Spannung UG2 einstellen. Wenn kein Defekt der Schaltung vorliegt, fließt bei Anlegen der ersten Gate-Spannung UG1 ein geringer Strom IL durch das zweite Schaltelement, bei Anlegen der zweiten Gate-Spannung UG2 fließt der Laststrom IH durch das zweite Schaltelement. Weiter ist beispielhaft ein Stromschwellwert ITH eingezeichnet. Überschreitet der gemessene Strom IM durch das zweite Schaltelement diesen Stromschwellwert ITH bei anliegender erster Gate-Spannung UG1, so wird das erste Schaltelement als defekt oder kurzgeschlossen ermittelt. In 4 a voltage / current characteristic is shown. The characteristic shows a gate / emitter voltage U_GE of the second switching element across the collector / emitter current I_CE through the second switching element. By way of example, the two operating points A1, A2 are shown, which occur when a first gate voltage UG1 is applied and when the second gate voltage UG2 is applied. If there is no defect in the circuit, when the first gate voltage UG1 is applied, a low current IL flows through the second switching element; when the second gate voltage UG2 is applied, the load current IH flows through the second switching element. Furthermore, a current threshold value ITH is shown by way of example. If the measured current IM exceeds the current threshold value ITH by the second switching element when the first gate voltage UG1 is present, the first switching element is determined to be defective or short-circuited.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012216318 A1 [0003]

Claims

Procedure ( 200 ) for protecting a circuit arrangement ( 100 ), wherein the circuit arrangement ( 100 ) a series connection with a first switching element ( 10 ) and a second switching element ( 20 ) and at the ends of the series circuit a supply voltage (UV) is applied, wherein to a drive terminal of the second switching element ( 20 ) can be applied to a gate voltage (UG1, UG2) and by the second switching element ( 20 ) flowing current in dependence of the applied gate voltage (UG1, UG2) is adjustable, with the steps: Create ( 220 ) of a first gate voltage (UG1) to the drive terminal of the second switching element ( 20 ) and determining ( 230 ), whether the first switching element ( 10 ) is closed briefly and when the first switching element ( 10 ) is not short-circuited: Perform ( 250 ) of the operation of the second switching element ( 20 ), wherein for closing the second switching element ( 20 ) a second gate voltage (UG2) to the drive terminal of the second switching element ( 20 ) and when the first switching element ( 10 ) is briefly closed: interrupt ( 240 ) of the operation of the circuit arrangement ( 100 ).

Method according to Claim 1, with the further steps of determining ( 230 ), whether the first switching element ( 10 ) is short-circuited: measuring ( 222 ) of the voltage at the first switching element ( 10 ) and comparing ( 224 ) of the measured voltage (UM), in particular the magnitude of the measured voltage, with a voltage threshold value (UTH), wherein 230 ), that the first switching element ( 10 ) is short-circuited when the measured voltage (UM), in particular the magnitude of the measured voltage, is less than the voltage threshold (UTH).

Method according to Claim 1, with the further steps of determining ( 230 ), whether the first switching element ( 10 ) is short-circuited: measuring ( 226 ) of the current through the second switching element ( 20 ) and comparing ( 228 ) of the measured current (IM), in particular the magnitude of the measured current, with a current threshold value (ITH), wherein 230 ), that the first switching element ( 10 ) is short-circuited when the measured current (IM), in particular the magnitude of the measured current, is greater than the current threshold (ITH).

Method according to one of the preceding claims, wherein the first gate voltage (UG1) is lower than the second gate voltage (UG2), in particular 60% or 30% of the second gate voltage (UG2).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method for each of the switching elements ( 10 . 20 ) of the circuit arrangement ( 100 ) and in particular for each of the switching elements ( 10_1 . 10_2 . 10_3 . 20_1 . 20_2 . 20_3 ) of a circuit which consists of a parallel connection of a plurality of circuit arrangements ( 100 ) and in particular an inverter ( 300 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out regularly.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out when switching on the ignition of the vehicle.

Computer program adapted to carry out the method according to any one of claims 1-7.

Machine-readable storage medium on which the computer program according to claim 8 is stored.

Control device ( 400 ) arranged to perform all the steps of one of the methods according to any one of claims 1-7.

Inverter ( 300 ) with a control device ( 400 ) according to claim 10. Electric drive train ( 500 ) comprising at least one control device ( 400 ) according to claim 10.