DE102016207195A1 - System for actively shorting phases of an inverter and motor vehicle drive - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum aktiven Kurzschließen von Phasen (U, V, W) eines Wechselrichters (1), wobei der Wechselrichter (1) über Leistungshalbleiterschalter (5, 5A, 5B) zum Anlegen eines elektrischen Stromes an die Phasen (U, V, W) verfügt, mit einer Treiberschaltung (7) zum Betätigen der Leistungshalbleiterschalter (5, 5A, 5B), und mit einer Schutzschaltung (9), die zum aktiven Kurzschließen der Phasen (U, V, W) veranlasst, dass zumindest einige der Leistungshalbleiterschalter (5, 5A, 5B) geschlossen werden. Dabei betätigt die Schutzschaltung (9) die Leistungshalbleiterschaltern (5, 5A, 5B) zum aktiven Kurzschließen direkt, also ohne Umweg über die Treiberschaltung (7). Die Erfindung betrifft auch einen Kraftfahrzeugantrieb mit einem solchen System.The invention relates to a system for active short-circuiting of phases (U, V, W) of an inverter (1), wherein the inverter (1) via power semiconductor switch (5, 5A, 5B) for applying an electric current to the phases (U, V , W), with a driver circuit (7) for actuating the power semiconductor switches (5, 5A, 5B), and with a protection circuit (9) for actively shorting the phases (U, V, W) causing at least some of the Power semiconductor switch (5, 5A, 5B) are closed. In this case, the protection circuit (9) directly activates the power semiconductor switches (5, 5A, 5B) for active short-circuiting, ie without detouring via the driver circuit (7). The invention also relates to a motor vehicle drive with such a system.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum aktiven Kurzschließen von Phasen eines Wechselrichters. Die Erfindung betrifft auch einen Kraftfahrzeugantrieb mit einem Wechselrichter zum Betreiben einer E-Maschine des Antriebs, aufweisend ein solches System zum aktiven Kurzschließen der Phasen des Wechselrichters.The invention relates to a system for actively short-circuiting phases of an inverter. The invention also relates to a motor vehicle drive having an inverter for operating an electric machine of the drive, comprising such a system for actively short-circuiting the phases of the inverter.

Bekanntermaßen verfügt ein Wechselrichter über Leistungshalbleiterschalter, wie beispielsweise MOSFETs oder IGBTs, zum Anlegen eines elektrischen Stromes mit einer bestimmten Frequenz an die Phasen des Wechselrichters. Eingangsseitig wird dem Wechselrichter dazu ein Gleichstrom zugeführt. Die Leistungshalbleiterschalter werden durch eine Treiberschaltung betätigt, also jeweils eingeschaltet (elektrisch leitend) oder ausgeschaltet (elektrisch nicht-leitend). Dazu werden die Gate- bzw. Basis-Anschlüsse der Leistungshalbleiterschalter durch die Treiberschaltung entsprechend angesteuert. Die Treiberschaltung wird wiederum durch ein Steuergerät angesteuert. Dieses legt fest, welcher und wie lange jeder der Leistungshalbleiterschalter durch den jeweils zugehörigen Treiber der Treiberschaltung betätigt werden soll. Insbesondere gibt das Steuergerät PWM-Signale (PWM = pulsweitenmoduliert) an die Treiberschaltung aus, welche entsprechend die Leistungshalbleiterschalter betätigt.As is known, an inverter has power semiconductor switches, such as MOSFETs or IGBTs, for applying an electric current having a specific frequency to the phases of the inverter. On the input side, the inverter is fed with a direct current. The power semiconductor switches are actuated by a driver circuit, ie in each case switched on (electrically conductive) or switched off (electrically non-conductive). For this purpose, the gate or base terminals of the power semiconductor switches are driven by the driver circuit accordingly. The driver circuit is in turn driven by a controller. This determines which and how long each of the power semiconductor switches should be actuated by the respectively associated driver of the driver circuit. In particular, the control unit outputs PWM signals (PWM = pulse-width modulated) to the driver circuit, which correspondingly actuates the power semiconductor switches.

Eine mit einem Wechselrichter betriebene E-Maschine, wie beispielsweise eine Synchronmaschine, z. B. eine PSM (= permanent erregte Synchronmaschine), wie sie häufig als Traktionsantrieb in Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugen zum Einsatz kommt, muss als sicherheitskritisches Teilsystem im Fehlerfall einen sicheren Zustand erreichen. Dies ist in der Regel ein Betriebspunkt in dem die elektrische Maschine ein reduziertes Drehmoment erzeugt, welches das Kraftfahrzeug nicht destabilisieren kann.A powered with an inverter electric motor, such as a synchronous machine, z. As a PSM (= permanent magnet synchronous machine), as is often used as a traction drive in hybrid or electric motor vehicles, must reach a safe state as a safety-critical subsystem in case of failure. This is usually an operating point in which the electric machine generates a reduced torque that can not destabilize the motor vehicle.

Der sichere Zustand ist bei einer Synchronmaschine, wie einer PSM, wahlweise der aktive Kurzschluss (AKS), auch Kurzschlussmodus genannt, oder die Wechselrichtersperre, auch Freilauf genannt. Im aktiven Kurzschluss/Kurzschlussmodus werden einige oder alle Phasenwicklungen der E-Maschine mittels der Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters willentlich kurzgeschlossen. Dieser Modus lässt sich mit verschiedenen Schalterstellungen der Halbleiterschalter herstellen. In der Wechselrichtersperre/Freilauf wird ein Steuergerät des Wechselrichters ausgeschaltet. Dadurch werden die Leistungshalbleiterschalter in den offenen Zustand gebracht. Wenn sich die E-Maschine dann (noch) dreht wird hierbei allerdings über die im Wechselrichter bzw. den Leistungshalbleiterschaltern immer vorhandenen Dioden eine Spannung in den Zwischenkreis des Wechselrichters induziert. Diese induzierte Spannung kann die Sperrspannung der Leistungshalbleiterschalter überschreiten. Dies kann einen Brückenkurzschluss und/oder ein Defekt des betroffenen Leistungshalbleiterschalters bewirken. Als sicherer Zustand wird daher normalerweise der aktive Kurzschluss/Kurzschlussmodus gewählt.The safe state is in a synchronous machine, such as a PSM, either the active short circuit (AKS), also called short-circuit mode, or the inverter lock, also called freewheel. In the active short circuit / short circuit mode, some or all of the phase windings of the electric machine are intentionally shorted by means of the power semiconductor switches of the inverter. This mode can be established with different switch positions of the semiconductor switches. In the inverter lock / freewheel, a control unit of the inverter is switched off. As a result, the power semiconductor switches are brought into the open state. If the electric motor then turns (still), however, a voltage is induced in the DC link of the inverter via the diodes, which are always present in the inverter or the power semiconductor switches. This induced voltage may exceed the reverse voltage of the power semiconductor switches. This can cause a bridge short circuit and / or a defect of the affected power semiconductor switch. As a safe state, therefore, normally the active short circuit / short circuit mode is selected.

In der Regel sind die Leistungshalbleiterschalter eines Wechselrichters als Brückenschaltung miteinander elektrisch verschaltet, typischerweise als B6-Brückenschaltung. Die Leistungshalbleiterschalter teilen sich dann je Phase in ein Paar aus einem Higside-Schalter und einem Lowside-Schalter auf. Als Leistungshalbleiterschalter kommen normalerweise IGBT-Dioden-Kombinationen oder MOSFETs zum Einsatz. Der Kurzschlussmodus wird typischerweise über das gleichzeitige Schließen einiger oder aller Highside-Schalter oder alternativ einiger oder aller Lowside-Schalter hergestellt. Die Leistungshalbleiterschalter der jeweils gegenüberliegenden Seite bleiben geöffnet. Wenn die Highside- bzw. Lowside-Schalter aller Phasen geschlossen sind, wird bei einem dreiphasigen Wechselrichter von einem dreiphasigen Kurzschlussmodus oder bei einem mehrphasigen Wechselrichter von einem vollphasigen Kurzschlussmodus gesprochen.As a rule, the power semiconductor switches of an inverter are electrically interconnected as a bridge circuit, typically as a B6 bridge circuit. The power semiconductor switches then split each phase into a pair of a Higside switch and a Lowside switch. As a power semiconductor switch usually IGBT diode combinations or MOSFETs are used. The shorting mode is typically established by simultaneously closing some or all of the high side switches or alternatively some or all of the low side switches. The power semiconductor switches on the opposite side remain open. If the highside or lowside switches of all phases are closed, a three-phase inverter is referred to as a three-phase short-circuit mode or, in the case of a polyphase inverter, as a full-phase short-circuit mode.

Oft werden ausschließlich entweder die Lowside- oder die Highside-Schalter für den aktiven Kurzschluss verwendet, da sich dies sehr leicht per Hardwareschaltung umsetzen lässt. Dann ist die Durchführung des aktiven Kurzschlusses allerdings auf diese Schalter beschränkt. Es ist auch der wechselnde aktive Kurzschluss bekannt. Hierbei wird zwischen den Lowside- und Highside-Schaltern zur Erzeugung des Kurzschlusses gewechselt.Often, only either the low side or the high side switches are used for the active short circuit, as this can be implemented very easily by hardware circuitry. However, the implementation of the active short circuit is limited to these switches. It is also known the alternating active short circuit. This switches between the low-side and high-side switches to generate the short circuit.

Ein elektrischer Kraftfahrzeugantrieb muss sehr strengen Sicherheitserfordernissen genügen. So muss sichergestellt werden, dass kein unzulässiges (Antriebs- oder Brems-)Drehmoment an den Antriebsachsen des Kraftfahrzeugs anliegt. Dazu müssen die Kernkomponenten und die Funktionen des Kraftfahrzeugantriebs ständig überwacht werden. Beim Erkennen einer Fehlfunktion, muss der sichere Zustand eingeleitet und erreicht werden. Wie erläutert ist dies bei einem Wechselrichter, der eine Synchronmaschine betreibt, meist der aktive Kurzschluss der Phasen.An automotive electrical drive must meet very stringent safety requirements. So it must be ensured that no inadmissible (drive or braking) torque applied to the drive axles of the motor vehicle. For this purpose, the core components and the functions of the motor vehicle drive must be constantly monitored. Upon detection of a malfunction, the safe state must be initiated and reached. As explained, for an inverter operating a synchronous machine, this is usually the active short circuit of the phases.

Aus der DE 10 2008 026 549 A1 ist ein System zum aktiven Kurzschließen von Phasen eines Wechselrichters bekannt. Dabei ist ein Schutzcontroller zum Anfordern des aktiven Kurzschlusses durch eine Gatetreiberschaltung vorgeschaltet. Der aktive Kurzschluss wird also durch die ohnehin vorhandene und im normalen Betrieb genutzte Gatetreiberschaltung bewirkt.From the DE 10 2008 026 549 A1 For example, a system for actively shorting phases of an inverter is known. In this case, a protective controller for requesting the active short circuit is preceded by a gate driver circuit. The active short circuit is thus caused by the already existing and used in normal operation gate drive circuit.

Bekannt ist es auch, zum aktiven Kurzschließen das Steuergerät des Wechselrichters zu deaktivieren und den aktiven Kurzschluss über Pull-up- und Pull-down-Widerstände in Ansteuerleitungen der Treiberschaltung herzustellen. Auch hier wird also der aktive Kurzschluss durch die vorhandene Treiberschaltung bewirkt It is also known to deactivate the controller of the inverter for active short-circuiting and to establish the active short circuit via pull-up and pull-down resistors in drive lines of the driver circuit. Again, therefore, the active short circuit is caused by the existing driver circuit

Bei diesen Systemen besteht das Problem, dass die Treiberschaltung selbst sowie die elektrische Versorgung der Treiberschaltung zur Durchführung einer sicherheitskritischen Funktion, nämlich den aktiven Kurzschluss, genutzt wird. Diese müssen daher überwacht und durch Sicherheitsfunktionen berücksichtigt werden.In these systems, there is the problem that the driver circuit itself and the electrical supply of the driver circuit for performing a safety-critical function, namely the active short circuit, is used. These must therefore be monitored and taken into account by safety functions.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik in dieser Hinsicht zu verbessern, insbesondere ein einfach zu überwachendes System zum aktiven Kurzschließen von Phasen eines Wechselrichters bereitzustellen.The object of the invention is to improve the state of the art in this regard, in particular to provide an easy to monitor system for actively shorting phases of an inverter.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Hautpansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen entnehmbar.This task is solved by the features of the skin spokes. Preferred embodiments are the dependent claims.

Somit wird ein System zum aktiven Kurzschließen von Phasen eines Wechselrichters vorgeschlagen, sowie ein Kraftfahrzeugantrieb mit einem Wechselrichter und einem solchen System.Thus, a system is proposed for actively shorting phases of an inverter, as well as a motor vehicle drive with an inverter and such a system.

Der Wechselrichter verfügt über Leistungshalbleiterschalter zum Anlegen eines elektrischen Stromes an die Phasen, beispielsweise eines PWM-Stromes. Dadurch sind mit den Phasen elektrisch verbundene Phasenwicklungen einer E-Maschine, wie einer Drehfeldmaschine, elektrisch bestrombar. Es ist außerdem eine Treiberschaltung vorgesehen, zum Betätigen der Leistungshalbleiterschalter, also zum Anschalten und Ausschalten der Leistungshalbleiterschalter. Hierzu steuert die Treiberschaltung im Normalbetrieb insbesondere in an sich bekannter Weise Basis-Anschlüsse der Leistungshalbleiterschalter an. Unter Basis-Anschlüsse sind auch Gate-Anschlüsse zu verstehen, je nach Bauart der Leistungshalbleiterschalter.The inverter has power semiconductor switches for applying an electrical current to the phases, for example a PWM current. As a result, are electrically energized with the phases electrically connected phase windings of an electric motor, such as a rotating field machine. In addition, a driver circuit is provided for actuating the power semiconductor switches, ie for switching on and off the power semiconductor switches. For this purpose, the driver circuit controls in normal operation, in particular in a conventional manner to base terminals of the power semiconductor switch. Basic connections are also gate connections, depending on the design of the power semiconductor switch.

In dem System ist auch eine Schutzschaltung vorgesehen, die zum aktiven Kurzschließen der Phasen veranlasst, dass zumindest einige der Leistungshalbleiterschalter geschlossen werden. Die Schutzschaltung ist also dementsprechend ausgeführt. Die Schutzschaltung dient insbesondere ausschließlich zum Einleiten und Halten des aktiven Kurzschlusses. Das Schaltmuster zum Schließen der Leistungshalbleiterschalter zur Erzeugung des aktiven Kurzschlusses kann ein an sich bekanntes Schaltmuster sein.A protection circuit is also provided in the system that causes the phases to be actively shorted to close at least some of the power semiconductor switches. The protection circuit is thus executed accordingly. The protective circuit is used exclusively for initiating and holding the active short circuit. The switching pattern for closing the power semiconductor switches for generating the active short can be a switching pattern known per se.

Es ist nun vorgesehen, dass die Schutzschaltung die Leistungshalbleiterschalter zum aktiven Kurzschließen direkt betätigt, also nicht über den Umweg der Treiberschaltung. Das System und die Schutzschaltung sind also dementsprechend ausgeführt. Somit ist die Schutzschaltung autark von der Treiberschaltung. Der aktive Kurzschluss wird also durch die Schutzschaltung unabhängig von der Treiberschaltung hergestellt. Somit erfordert die Schutzschaltung keine funktionierende bzw. eingeschaltete bzw. elektrisch bestromte Treiberschaltung. Die Schutzschaltung kann dann einfach ausgeführt sein. Insbesondere ist sie elektrisch einfacher aufgebaut als die Treiberschaltung. Eine Überwachung der Treiberschaltung ist für den aktiven Kurzschlusses somit nicht erforderlich. Die Sicherheitsüberwachung der Treiberschaltung kann somit entfallen oder einfach ausgeführt sein. Demgegenüber ist die Überwachung der Schutzschaltung einfach zu bewerkstelligen.It is now provided that the protection circuit directly activates the power semiconductor switches for active short-circuiting, that is not via the detour of the driver circuit. The system and the protection circuit are thus executed accordingly. Thus, the protection circuit is self-sufficient from the driver circuit. The active short circuit is therefore produced by the protection circuit independently of the driver circuit. Thus, the protection circuit does not require a functioning or electrically energized driver circuit. The protection circuit can then be simple. In particular, it is designed to be electrically simpler than the driver circuit. A monitoring of the driver circuit is therefore not required for the active short circuit. The safety monitoring of the driver circuit can thus be omitted or simply executed. In contrast, the monitoring of the protection circuit is easy to accomplish.

Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schutzschaltung mit Basis-Anschlüssen der Leistungshalbleiterschalter zum aktiven Kurzschließen elektrisch kontaktiert ist. D. h. die Ansteuerung der Basis bzw. des Gates der Leistungshalbleiterschalter durch die Schutzschaltung erfolgt direkt und ohne Umweg über die Treiberschaltung oder ähnliche Schaltungen.For this purpose, it is preferably provided that the protective circuit is electrically contacted with base terminals of the power semiconductor switches for active short-circuiting. Ie. the control of the base or the gate of the power semiconductor switch by the protection circuit is carried out directly and without detour via the driver circuit or similar circuits.

Der Wechselrichter dient insbesondere zur Umwandlung eines Gleichstromes aus einem Gleichstromzweig in einen (quasi) Wechselstrom an den Phasen bzw. in getaktete Stromimpulse an den einzelnen Phasen. Daher kann er auch Pulswechselrichter genannt werden. Die Leistungshalbleiterschalter sind beispielsweise als MOSFETs oder IGBTs bzw. als IGBT-Dioden-Kombination ausgeführt. Die Leistungshalbleiterschalter werden im Normalbetrieb des Wechselrichters, wie erläutert, durch die Treiberschaltung betätigt, also durch Ansteuerung des jeweiligen Basis-Anschlusses gezielt eingeschaltet oder ausgeschaltet. Die Treiberschaltung wird wiederum durch ein Steuergerät des Wechselrichters angesteuert. Das Steuergerät legt also fest, welcher und wie lange jeder der Leistungshalbleiterschalter durch den jeweils zugehörigen Treiber der Treiberschaltung betätigt werden soll.The inverter is used in particular for converting a direct current from a direct current branch into a (quasi) alternating current at the phases or into pulsed current pulses at the individual phases. Therefore, it can also be called pulse inverter. The power semiconductor switches are designed, for example, as MOSFETs or IGBTs or as an IGBT diode combination. The power semiconductor switches are in the normal operation of the inverter, as explained, operated by the driver circuit, so selectively switched on or off by controlling the respective base terminal. The driver circuit is in turn driven by a controller of the inverter. The control unit thus determines which and how long each of the power semiconductor switches should be actuated by the respectively associated driver of the driver circuit.

Die Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters sind bevorzugt als Brückenschaltung miteinander verschaltet, beispielsweise als B6-Brückenschaltung, also mit Highside-Schaltern und Lowside-Schaltern. Insbesondere ist demnach je Phase ein Paar von Leistungshalbleiterschaltern vorgesehen, nämlich ein Highside-Schalter und ein Lowside-Schalter. Der Wechselrichter kann dreiphasig sein oder mehrphasig (mehr als drei Phasen).The power semiconductor switches of the inverter are preferably interconnected as a bridge circuit, for example as a B6 bridge circuit, ie with high-side switches and low-side switches. In particular, therefore, a pair of power semiconductor switches is provided per phase, namely a high-side switch and a low-side switch. The inverter can be three-phase or multi-phase (more than three phases).

Die Schutzschaltung ist dazu ausgeführt, zum aktiven Kurzschließen der Phasen einige oder alle der diesen Phasen zugehörigen Highside-Schaltern oder Lowside-Schaltern zu schließen. Zur Erzeugung des aktiven Kurzschlusses werden bevorzugt alle Halbleiterschalter einer Seite betätigt. Dies kann in der Form erfolgen, dass alle Highside-Schalter eingeschaltet und alle Lowside-Schalter ausgeschaltet werden, oder dass alle Lowside-Schalter eingeschaltet und alle Highside-Schalter ausgeschaltet werden. Wenn eine Trennvorrichtung für den Gleichstromzweig des Wechselrichters vorgesehen ist, können auch sowohl alle Lowside-, als auch alle Highside-Schalter zur Erzeugung des aktiven Kurzschlusses eingeschaltet werden. Die Trennvorrichtung verhindert dann ein Kurzschließen in dem Gleichstromzweig, indem es die Gleichstromleitungen öffnet bzw. trennt.The protection circuit is designed to close some or all of the high-side switches or lowside switches associated with these phases to actively short circuit the phases. to Generation of the active short circuit, preferably all semiconductor switches of one side are actuated. This can be done by turning all highside switches on and turning off all lowside switches, or by turning on all lowside switches and turning off all highside switches. If a separator for the DC branch of the inverter is provided, both all Lowside as well as all high-side switches for generating the active short circuit can be turned on. The separator then prevents shorting in the DC leg by opening or disconnecting the DC leads.

Bevorzugt ist die Schutzschaltung zum aktiven Kurzschließen der Phasen dazu ausgeführt, eine konstante Spannung an die Basis-Anschlüsse einiger oder alle der diesen Phasen zugehörigen Highside-Schaltern oder Lowside-Schaltern anzulegen. Die so bestromten Leistungshalbleiterschalter schließen dann sicher über die für den Kurzschluss erforderliche Zeitdauer.Preferably, the active short circuit protection circuit is adapted to apply a constant voltage to the base terminals of some or all of the highside switches or lowside switches associated with those phases. The thus energized power semiconductor switches then close safely over the time required for the short circuit.

Bevorzugt ist das System dazu ausgeführt, die Treiberschaltung und insbesondere auch das Steuergerät des Wechselrichters zum aktiven Kurzschluss zu deaktivieren. Somit wird sichergestellt, dass die Treiberschaltung keinen Einfluss auf den aktiven Kurzschluss ausübt, beispielsweise durch eine fehlerhafte, ungewollte Betätigung von Leistungshalbleiterschaltern. Diese Deaktivierung kann insbesondere dadurch bewirkt werden, dass eine elektrische Energieversorgung der Treiberschaltung und/oder des Steuergeräts ausgeschaltet wird und/oder dass alle Treiber innerhalb der Treiberschaltung ausgeschaltet werden und/oder dass alle Ausgänge der Treiberschaltung für die Leistungshalbleiterschalter (also zu den Basis-Anschlüssen der Leistungshalbleiterschalter) ausgeschaltet werden und/oder dass alle Eingänge der Treiberschaltung für das Steuergerät ausgeschaltet werden.Preferably, the system is designed to disable the driver circuit and in particular the control unit of the inverter for active short circuit. This ensures that the driver circuit does not exert any influence on the active short circuit, for example due to a faulty, unwanted actuation of power semiconductor switches. This deactivation can be effected, in particular, by switching off an electrical power supply of the driver circuit and / or the controller and / or by switching off all the drivers within the driver circuit and / or by switching all outputs of the driver circuit for the power semiconductor switches (ie to the base terminals the power semiconductor switch) are turned off and / or that all inputs of the driver circuit for the controller are turned off.

Bevorzugt ist das System dazu ausgeführt, die Schutzschaltung zu deaktivieren, wenn die Treiberschaltung (wieder) aktiviert wird. Insbesondere deaktiviert es die Schutzschaltung automatisch, wenn eine elektrische Energieversorgung der Treiberschaltung eingeschaltet wird. Die Aktivierung der Treiberschaltung ist somit als Zeichen für eine willentliche Beendigung des aktiven Kurzschlusses zu verstehen. Somit ist die Treiberschaltung gegenüber der Schutzschaltung dominant. Dieses Aktivierung kann insbesondere dadurch bewirkt werden, dass eine elektrische Energieversorgung der Treiberschaltung und/oder des Steuergeräts eingeschaltet wird und/oder dass alle Treiber innerhalb der Treiberschaltung eingeschaltet werden und/oder dass alle oder bestimmte Ausgänge der Treiberschaltung für die Leistungshalbleiterschalter (also zu den Basis-Anschlüssen der Leistungshalbleiterschalter) eingeschaltet werden und/oder dass alle oder bestimmte Eingänge der Treiberschaltung für das Steuergerät eingeschaltet werden.Preferably, the system is adapted to disable the protection circuit when the driver circuit is (re) activated. In particular, it automatically deactivates the protection circuit when an electric power supply of the drive circuit is turned on. The activation of the driver circuit is thus to be understood as a sign for a voluntary termination of the active short circuit. Thus, the driver circuit is dominant over the protection circuit. This activation can be effected, in particular, by switching on an electrical power supply of the driver circuit and / or the controller and / or by switching on all drivers within the driver circuit and / or by switching all or certain outputs of the driver circuit for the power semiconductor switches (ie to the base Terminals of the power semiconductor switches) are turned on and / or that all or certain inputs of the driver circuit for the control unit are turned on.

Wie oben erwähnt wird außerdem ein Kraftfahrzeugantrieb vorgeschlagen. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Kraftfahrzeugantriebsystem handeln. Der Kraftfahrzeugantrieb weist einen Wechselrichter zum Betreiben einer E-Maschine des Kraftfahrzeugantriebs an Phasen des Wechselrichters auf. Bei der E-Maschine handelt es sich bevorzugt um eine Drehfeldmaschine, insbesondere um eine Synchronmaschine. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der E-Maschine um eine PSM. Die E-Maschine kann insbesondere als Traktionsantrieb dienen, also zur Bereitstellung eines Drehmoments zum Antrieb- oder Abbremsen des Fahrzeugs. Alternativ kann sie als Aktorantrieb dienen, also zur Betätigung eines Aktors des Kraftfahrzeugantriebs, wie eines Kraftfahrzeugaggregats oder eines anderen Kraftfahrzugteils. Der Kraftfahrzeugantrieb verfügt über das vorgeschlagene System zum aktiven Kurzschließen der Phasen des Wechselrichters. Dadurch kann die E-Maschine einfach in den aktiven Kurzschluss überführt werden. Eine Sicherheitsüberwachung des Kraftfahrzeugantriebs ist somit vereinfacht.As mentioned above, a motor vehicle drive is also proposed. This may in particular be a motor vehicle drive system. The motor vehicle drive has an inverter for operating an electric motor of the motor vehicle drive at phases of the inverter. The electric motor is preferably an induction machine, in particular a synchronous machine. Particularly preferably, the electric machine is a PSM. The electric motor can serve in particular as a traction drive, that is to say for providing a torque for driving or braking the vehicle. Alternatively, it can serve as an actuator drive, that is to actuate an actuator of the motor vehicle drive, such as a motor vehicle assembly or another Kraftfahrzugteils. The motor vehicle drive has the proposed system for actively short-circuiting the phases of the inverter. This allows the electric machine to be easily transferred to the active short circuit. A safety monitoring of the motor vehicle drive is thus simplified.

Das vorgeschlagene System arbeitet besonders bevorzugt wie folgt:

  • • Sobald eine Überwachungsfunktion eine erhöhte Abweichung der E-Maschine zwischen einem Soll-Wert und einem Ist-Wert, wie insbesondere eines von der E-Maschine abgegebenen Drehmoments, feststellt oder sobald sie eine andere Schutzzielverletzung feststellt, werden die Treiberstromversorgung und die einzelnen Treiber der Treiberschaltung deaktiviert. Zudem wird eine Wechselrichtersperre auf einer Niedervoltseite gestellt. Die Basis-Anschlüsse der Leistungshalbleiterschalter werden durch die Treiberschaltung dann nicht mehr bestromt.
  • • Die Schutzschaltung für den aktiven Kurzschluss wird aktiviert. Diese legt eine konstante Spannung an die Basis-Anschlüsse wahlweise der Highside- oder Lowside-Schalter der kurzzuschließenden Phasen an. Dadurch wird der aktive Kurzschluss eingeleitet.
  • • Sobald die Treiberstromversorgung wieder aktiviert wird, überstimmt die Treiberschaltung die Schutzschaltung. Die Schutzschaltung wird deaktiviert. Die Treiberschaltung ist also ansteuerdominant gegen über der Schutzschaltung.
The proposed system works particularly preferably as follows:
  • • As soon as a monitoring function detects an increased deviation of the electric motor between a set value and an actual value, in particular a torque delivered by the electric motor, or if it detects another protection target violation, the driver power supply and the individual drivers will be the Driver circuit disabled. In addition, an inverter block is placed on a low-voltage side. The base terminals of the power semiconductor switches are then no longer energized by the driver circuit.
  • • The protection circuit for the active short circuit is activated. This applies a constant voltage to the base connections, either the highside or lowside switch of the short-circuited phases. This initiates the active short circuit.
  • • As soon as the driver power supply is reactivated, the driver circuit overrides the protection circuit. The protection circuit is deactivated. The driver circuit is therefore dominated by control over the protection circuit.

Vorteilhaft an dem System ist der wesentlich geringere Aufwand, die einzelnen Schaltungsfunktionen abzusichern und zu überprüfen. Im Stand der Technik muss der gesamte Signalpfad vom Wechselrichtersteuergerät bis zum Basis-Anschluss jedes Leistungshalbleiterschalters überprüfbar sein. Dieser Pfad beinhaltet die Software und jegliche beteiligte Hardware, wie beispielsweise Treiber-ICs, Spannungsversorgung und weitere aktive und passive elektrische Bauelemente. Bei dem vorgeschlagenen System muss der beschriebene Pfad in Gänze nicht sicher sein. Im Fehlerfall wird hierbei von einer Fehlfunktion der Treiberschaltung oder des Steuergeräts ausgegangen, weshalb diese sicherheitshalber deaktiviert werden. Lediglich für einen relativ kleinen überschaubaren Schaltungsteil, nämlich für den Pfad von der Schutzschaltung zu den Leistungshalbleiterschaltern, muss die hohe sichere Funktionalität gewährleistet werden und dieser überwacht werden.An advantage of the system is the significantly lower cost to secure the individual circuit functions and to check. In the prior art, the entire signal path from the inverter controller to the base terminal of each power semiconductor switch must be verifiable. This Path includes the software and any hardware involved, such as driver ICs, power, and other active and passive electrical components. In the proposed system, the described path must not be completely secure. In the event of a fault, this is assumed to be a malfunction of the driver circuit or the controller, which is why they are disabled for safety. Only for a relatively small manageable circuit part, namely for the path from the protection circuit to the power semiconductor switches, the high secure functionality must be guaranteed and this be monitored.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung entnehmbar sind. Die Figuren zeigen in schematischer Darstellung:In the following the invention will be explained in more detail with reference to figures, from which further preferred embodiments and features of the invention can be removed. The figures show in a schematic representation:

1 ein Kraftfahrzeugantrieb, 1 a motor vehicle drive,

2 ein Wechselrichter und einer Schutzschaltung, 2 an inverter and a protection circuit,

3 ein System mit einem Wechselrichter und einer Schutzschaltung. 3 a system with an inverter and a protection circuit.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical components are provided with the same reference numerals.

Der in 1 gezeigte Kraftfahrzeugantrieb verfügt über einen Wechselrichter 1 und eine E-Maschine 2, wie insbesondere eine Synchronmaschine, bevorzugt eine PSM.The in 1 shown motor vehicle drive has an inverter 1 and an electric machine 2 , in particular a synchronous machine, preferably a PSM.

Die E-Maschine 2 dient als Traktionsantrieb und ist daher mit Fahrzeugrädern 3 mechanisch gekoppelt, die somit von der E-Maschine 2 antreibbar sind. Die E-Maschine 2 und der Wechselrichter 1 sind beispielhaft dreiphasig ausgeführt, d. h. sie verfügen vorliegend über drei Phasen U, V, W. Über diese Phasen U, V, W wird die E-Maschine 2 vom Wechselrichter 1 zum Betreiben mit elektrischer Energie versorgt.The electric machine 2 serves as a traction drive and is therefore with vehicle wheels 3 mechanically coupled, thus by the electric motor 2 are drivable. The electric machine 2 and the inverter 1 are exemplified three-phase, ie they have present three phases U, V, W. About these phases U, V, W is the electric motor 2 from the inverter 1 supplied with electricity for operation.

Der Wechselrichter 1 verfügt demnach ausgangsseitig über drei Phasenanschlüsse. Eingangsseitig verfügt der Wechselrichter 1 über zwei Gleichstromanschlüsse zum Anschluss an je eine Gleichstromleitung DC+ und DC–. Die Gleichstromleitungen DC+, DC– sind mit je einem Pol einer elektrischen Gleichstromquelle 4 kontaktiert. Bei der Gleichstromquelle 4 kann es sich beispielsweise um eine Traktionsbatterie oder einen Gleichstromgenerator handeln. Der Wechselrichter 1 verfügt auch über ein Steuergerät, das den Wechselrichter 1 zum Betrieb der E-Maschine 2 ansteuert, also steuert oder regelt. Das Steuergerät kann Teil des Wechselrichters 1 sein. Das Steuergerät steuert hierzu eine Treiberschaltung an, welche wiederum Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters 1 betätigt.The inverter 1 therefore has three output connections on the output side. The inverter has the input side 1 via two DC connections for connection to a DC line DC + and DC-. The DC cables DC +, DC- are each with one pole of an electrical DC power source 4 contacted. In the DC power source 4 it may be, for example, a traction battery or a DC generator. The inverter 1 also has a control unit that controls the inverter 1 for the operation of the electric machine 2 controls, ie controls or regulates. The control unit can be part of the inverter 1 be. For this purpose, the control unit controls a driver circuit, which in turn power semiconductor switch of the inverter 1 actuated.

3 zeigt einen Wechselrichter 1, wie er bevorzugt in dem Kraftfahrzeugantrieb gemäß 1 eingesetzt ist. Hierbei handelt es sich beispielhaft um einen Drei-Phasen-Wechselrichter zum Betreiben einer E-Maschine 2, also zum elektrischen Bestromen der Phasen U, V, W, mit welchen die E-Maschine 2, im Detail Phasenwicklungen der E-Maschine 2, gekoppelt ist. 3 shows an inverter 1 as preferred in the motor vehicle drive according to 1 is used. By way of example, this is a three-phase inverter for operating an electric machine 2 , So for the electric energizing the phases U, V, W, with which the electric motor 2 , in detail, phase windings of the electric motor 2 , is coupled.

In dem Wechselrichter 1 sind Leistungshalbleiterschalter 5 zu einer Brückenschaltung miteinander verschaltet, hier beispielhaft zu einer B6-Brückenschaltung. Je Phase U, V, W ist somit in an sich bekannter Weise eine elektrische Halbbrücke durch ein Paar von in Serie geschalteter Leistungshalbleiterschalter 5 vorgesehen. Je Phase ist damit genau ein Highside-Schalter 5A und genau ein Lowside-Schalter 5B vorgesehen. Jeder der Schalter 5, 5A, 5B kann durch ein einzelnes oder mehrere Halbleiterschaltelemente gebildet werden. Die Schalter 5, 5A, 5B können daher jeweils auch als Halbleiterventil bezeichnet werden. Die Halbbrücken sind parallel zueinander zwischen die zwei Gleichstromleitungen DC+, DC– des Gleichstromzweiges des Wechselrichters 1 geschaltet. Darüber hinaus ist ein Zwischenkreiskondensator 6 in dem Gleichstromzweig parallel zu den Halbbrücken zwischen die zwei Gleichstromleitungen DC+, DC– geschaltet.In the inverter 1 are power semiconductor switches 5 interconnected to a bridge circuit, here for example to a B6 bridge circuit. Each phase U, V, W is thus in a conventional manner an electrical half-bridge through a pair of series-connected power semiconductor switch 5 intended. Each phase is exactly a highside switch 5A and exactly one lowside switch 5B intended. Each of the switches 5 . 5A . 5B can be formed by a single or multiple semiconductor switching elements. The switches 5 . 5A . 5B Therefore, each can also be referred to as a semiconductor valve. The half bridges are parallel to each other between the two DC lines DC +, DC- of the DC branch of the inverter 1 connected. In addition, a DC link capacitor 6 in the DC branch parallel to the half bridges between the two DC lines DC +, DC- connected.

Der Wechselrichter 1 dient zur Umwandlung des Gleichstromes aus dem Gleichstromzweig in einen (quasi) Wechselstrom an den Phasen U, V, W. Dadurch wird in der E-Maschine 2 ein Drehfeld erzeugt, das ein Drehmoment auf den Rotor der E-Maschine 2 ausübt. Dieses kann entweder zum Antrieb oder zum Abbremsen genutzt werden.The inverter 1 is used to convert the direct current from the DC branch into a (quasi) alternating current at the phases U, V, W. This is in the electric motor 2 generates a rotating field, which generates a torque on the rotor of the electric motor 2 exercises. This can be used either to drive or to brake.

Der Wechselrichter 1 verfügt über eine Treiberschaltung 7. Diese ist mit den Basis-Anschlüssen der einzelnen Leistungshalbleiterschalter 5 kontaktiert. Je nach Bauart der Leistungshalbleiterschalter 5 können als Basis-Anschlüsse auch Gate-Anschlüsse verstanden werden. Die Treiberschaltung 7 enthält Treiber zum Betätigen der Leistungshalbleiterschalter 5, also zum Öffnen bzw. Einschalten und Schließen bzw. Ausschalten. Die Leistungshalbleiterschalter 5 werden im Normalbetrieb des Wechselrichters 1 und der E-Maschine 2 durch die Treiberschaltung 7 betätigt, also durch Ansteuerung des jeweiligen Basis-Anschlusses gezielt eingeschaltet oder ausgeschaltet.The inverter 1 has a driver circuit 7 , This is with the base connections of the individual power semiconductor switches 5 contacted. Depending on the type of power semiconductor switch 5 can be understood as basic connections and gate connections. The driver circuit 7 contains drivers for operating the power semiconductor switches 5 , ie for opening or switching on and closing or switching off. The power semiconductor switches 5 are in normal operation of the inverter 1 and the electric machine 2 through the driver circuit 7 operated, so targeted by turning on the respective base terminal turned on or off.

Die Treiberschaltung 7 wird durch das Steuergerät 8 des Wechselrichters 1 angesteuert. Das Steuergerät 8 legt fest, welcher und wie lange jeder der Leistungshalbleiterschalter 5 durch den jeweils zugehörigen Treiber der Treiberschaltung 7 betätigt werden soll. Beispielsweise wird dem Steuergerät 8 ein Soll-Drehmoment und/oder eine Soll-Drehzahl zur Verfügung gestellt, welche an der E-Maschine 2 anliegen sollen. Das Steuergerät 8 ermittelt hieraus den jeweils erforderlichen Stromverlauf in den Phasen U, V, W und steuert die Treiberschaltung 7 entsprechend getaktet an, beispielsweise durch PWM-Signale. Die Treiberschaltung 7 setzt die Ansteuersignale des Steuergeräts 8 sodann in entsprechende Signale für die Basis-Anschlüsse der Leistungshalbleiterschalter 5 um, d. h. sie werden entsprechen betätigt.The driver circuit 7 is through the control unit 8th of the inverter 1 driven. The control unit 8th determines which and how long each of the power semiconductor switches 5 by the respectively associated driver of the driver circuit 7 actuated shall be. For example, the controller 8th a desired torque and / or a target speed provided, which on the electric motor 2 should be present. The control unit 8th determines the respectively required current profile in the phases U, V, W and controls the driver circuit 7 clocked accordingly, for example by PWM signals. The driver circuit 7 sets the control signals of the control unit 8th then in corresponding signals for the base terminals of the power semiconductor switch 5 um, ie they are operated accordingly.

Im Fehlerfall kann es nun erforderlich sein, einen definierten sicheren Zustand in dem Wechselrichter 1 und der E-Maschine 2 herzustellen, beispielsweise wenn ein oder mehrere Ist-Werte an dem Wechselrichter 1 und/oder der E-Maschine 2 unzulässig stark von entsprechenden Soll-Werten abweichen, beispielsweise Werte für ein Drehmoment der E-Maschine 2. Der sichere Zustand ist vorliegend ein aktiver Kurzschluss in den Phasen U, V, W. Dazu werden wahlweise zwei oder bevorzugt alle der Highside-Schalter 5A oder alternativ alle Lowside-Schalter 5B geschlossen. Die jeweils gegenüberliegenden bzw. korrespondierenden Lowside-/Highside-Schalter 5B, 5A werden geöffnet. Dadurch stellt sich der aktive Kurzschluss in den daran beteiligten Phasen U, V, W ein. Dieser generiert ein gewisses Bremsmoment in der E-Maschine 1. Bei Verwendung in einem Kraftfahrzeugantrieb bewirkt dieses Bremsmoment bevorzugt eine Stabilisierung des zugehörigen Kraftfahrzeugs, in jedem Fall jedoch keine Destabilisierung. Der sichere Zustand ist somit erreicht.In the event of an error, it may now be necessary to define a defined safe state in the inverter 1 and the electric machine 2 for example, when one or more actual values are present at the inverter 1 and / or the electric machine 2 deviate impermissibly from corresponding setpoint values, for example values for a torque of the electric motor 2 , In the present case, the safe state is an active short-circuit in the phases U, V, W. For this purpose, two or preferably all of the high-side switches are optionally selected 5A or alternatively all lowside switches 5B closed. The respective opposite or corresponding low-side / high-side switches 5B . 5A will be opened. As a result, the active short circuit in the involved phases U, V, W sets. This generates a certain braking torque in the electric motor 1 , When used in a motor vehicle drive this braking torque preferably causes a stabilization of the associated motor vehicle, in any case, no destabilization. The safe state is thus achieved.

Das für die Durchführung des aktiven Kurzschlusses vorgesehene System verfügt über eine Schutzschaltung 9. Die Schutzschaltung 9 ist nicht auf die Treiberschaltung 7 angewiesen. Sie ist somit autark von der der Treiberschaltung 7. Dazu betätigt die Schutzschaltung 9 die an dem aktiven Kurzschluss beteiligten Leistungshalbleiterschalter 5 direkt, also ohne Erfordernis der Treiberschaltung 7. Sie ist dazu mit den Basis-Anschlüssen der Leistungshalbleiterschalter 5 für den aktiven Kurzschluss elektrisch kontaktiert. Vorliegend teilen sich die Treiberschaltung 7 und die Schutzschaltung 9 also die entsprechenden Basis-Anschlüsse.The system provided for carrying out the active short-circuit has a protection circuit 9 , The protection circuit 9 is not on the driver circuit 7 reliant. It is thus self-sufficient from that of the driver circuit 7 , To do this, the protection circuit operates 9 the power semiconductor switches involved in the active short circuit 5 directly, so without the requirement of the driver circuit 7 , It is with the base terminals of the power semiconductor switches 5 electrically contacted for the active short circuit. In the present case, the driver circuit divide 7 and the protection circuit 9 So the corresponding basic connections.

Vorliegend werden lediglich die Lowside-Schalter 5B der Leistungshalbleiterschalter 5 für den aktiven Kurzschluss verwendet. Diese sind schraffiert dargestellt. Die Schutzschaltung 9 ist daher lediglich mit den Basis-Anschlüssen der Lowside-Schalter 5B kontaktiert. Eine Kontaktierung mit den Basis-Anschlüssen der Highside-Schaltern 5A besteht nicht. Somit können die Highside-Schalter 5A durch die Schutzschaltung 9 an nicht selbst betätigt werden.In the present case, only the lowside switches 5B the power semiconductor switch 5 used for the active short circuit. These are shown hatched. The protection circuit 9 is therefore only with the base terminals of the lowside switch 5B contacted. A contact with the base connections of the highside switches 5A does not exist. Thus, the highside switches can 5A through the protection circuit 9 not be operated on yourself.

Grundsätzlich können durch die Schutzschaltung 9 statt der Lowside-Schalter 5B auch die Highside-Schalter 5A für den aktiven Kurzschluss betätigt werden. Dann ist die Schutzschaltung 9 mit den Basis-Anschlüssen der Highside-Schalter 5A kontaktiert, also eben nicht mit denjenigen der Lowside-Schalter 5B. Alternativ dazu kann die Schutzschaltung 9 auch sowohl mit den Basis-Anschlüssen der Highside-Schalter 5A, als auch mit den Basis-Anschlüssen der Lowside-Schalter 5B kontaktiert sein. Dann kann die Schutzschaltung 9 dazu ausgeführt sein, wahlweise die Highside-Schalter 5A oder die Lowside-Schalter 5B zu schließen.Basically, by the protection circuit 9 instead of the lowside switch 5B also the highside counter 5A be operated for the active short circuit. Then the protection circuit 9 with the base connectors of the highside switch 5A contacted, so just not with those of the lowside switch 5B , Alternatively, the protection circuit 9 also with both the base connectors of the highside switch 5A , as well as with the base connectors of the lowside switches 5B be contacted. Then the protection circuit 9 to do this, optionally, the highside switch 5A or the lowside switches 5B close.

Es können dann für den aktiven Kurzschluss auch alternierend die Highside-Schalter 5A und die Lowside-Schalter 5B geschlossen werden. Oder es können dann auch alle der Leistungshalbleiterschalter 5 für den aktiven Kurzschluss geschlossen werden. Da dabei jedoch der Gleichstromzweig, also die Gleichstromleitungen DC+ und DC–, ebenfalls kurzgeschlossen werden, empfiehlt es sich hier, die Gleichstromleitungen DC+ und DC– durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise einen oder mehrere zusätzliche Schalter, zu öffnen bzw. aufzutrennen.It can then alternately the highside switch for the active short circuit 5A and the lowside switches 5B getting closed. Or it can then all the power semiconductor switch 5 be closed for the active short circuit. Since, however, the DC branch, ie the DC lines DC + and DC-, are also short-circuited, it is advisable here to open or separate the DC lines DC + and DC- by suitable measures, for example one or more additional switches.

Das System ist dazu ausgeführt, zum Durchführen des aktiven Kurzschlusses die Treiberschaltung 7 zu deaktivieren, beispielsweise im Rahmen einer Wechselrichtersperre. Somit wird kein elektrisches Potential an die Basis-Anschlüsse der Highside-Schalter 5A angelegt. Die Highside-Schalter 5A sind dadurch automatisch geöffnet. Hierzu werden besonders bevorzugt die Treiber innerhalb der Treiberschaltung 7 und/oder die Ausgänge der Treiberschaltung 7 zu den Basis-Anschlüssen und/oder die Eingänge der Treiberschaltung 7 zu dem Steuergerät 8 ausgeschaltet.The system is designed to carry out the active short circuit the driver circuit 7 to deactivate, for example as part of an inverter lock. Thus, no electrical potential is applied to the base terminals of the highside switches 5A created. The highside counter 5A are automatically opened. For this purpose, the drivers within the driver circuit are particularly preferred 7 and / or the outputs of the driver circuit 7 to the base terminals and / or the inputs of the driver circuit 7 to the controller 8th switched off.

Die Schutzschaltung 9 wird durch den Gleichstromzweig des Wechselrichters 1 mit elektrischer Energie versorgt. Dazu ist es mit den Gleichstromleitungen DC+ und DC– kontaktiert. Es kann alternativ auch eine autarke Stromversorgung für die Schutzschaltung 9 vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer eigenen Batterie oder die Stromversorgung kann aus dem Niedervoltnetz, beispielsweise mit 12, 24 oder 48 V, erfolgen.The protection circuit 9 is through the DC branch of the inverter 1 supplied with electrical energy. For this purpose it is contacted with the DC cables DC + and DC-. Alternatively, it can also provide a self-sufficient power supply for the protection circuit 9 be provided, for example in the form of its own battery or the power supply can from the low-voltage network, for example, with 12, 24 or 48 V, take place.

3 zeigt einen Antriebssystem, insbesondere einen Fahrzeugantrieb, wie dasjenige aus 1. Es setzt sich aus einer ersten Ebene A und einer zweiten Ebene B zusammen. Die zweite Ebene B bildet eine Überwachungsfunktion, welche die Funktionalität der ersten Ebene A überwacht. Die Überwachung in der zweiten Ebene B kann insbesondere dergestalt erfolgen, dass ein Vergleich zwischen Ist- und Soll-Werten erfolgen. Es können auch Plausibilitätsprüfungen und/oder Aktivitätsprüfungen etc. in der zweiten Ebene B erfolgen. Wenn die zweite Ebene einen Fehler erkennt, dazu zählen beispielsweise übermäßig große Abweichungen zwischen Soll-Werten und Ist-Werten oder die ungewollte Inaktivität von Bestandteilen des Antriebssystems, darin kann die zweite Ebene B einen sicheren Zustand des Antriebsystems anfordern. 3 shows a drive system, in particular a vehicle drive, such as that 1 , It consists of a first level A and a second level B together. The second level B forms a monitoring function which monitors the functionality of the first level A. The monitoring in the second level B can, in particular, take place in such a way that a comparison is made between the actual and desired values. It is also possible to perform plausibility checks and / or activity checks, etc. in the second level B. If the second Level detects an error, including, for example, excessively large deviations between target values and actual values or the unwanted inactivity of components of the drive system, in which the second level B can request a safe state of the drive system.

Die erste Ebene A weist ein Steuergerät 8 und eine Treiberschaltung 7 auf. Wie 1 und 2 erläutert betreiben diese mittels eines Wechselrichters 1 eine E-Maschine 2. Es kann sich um den Wechselrichter 1 und die E-Maschine aus 1 und 2 handeln. Bei dem Steuergerät 8 und der Treiberschaltung 7 kann es sich insbesondere um diejenigen von 2 handeln. Die dazu vorgebrachten Erläuterungen gelten dann auch für 3. Zusätzlich ist in 3 eine üblicherweise zwischen dem Steuergerät 8 und der Treiberschaltung 7 vorgesehene galvanische Trennung 7A gezeigt. Diese wird durch entsprechend ausgeführte und zwischengeschaltete Koppler 7B bewirkt.The first level A has a control unit 8th and a driver circuit 7 on. As 1 and 2 explained run this by means of an inverter 1 an electric machine 2 , It can be about the inverter 1 and the electric machine off 1 and 2 act. At the control unit 8th and the driver circuit 7 especially those of 2 act. The explanations given then also apply to 3 , Additionally is in 3 usually between the control unit 8th and the driver circuit 7 provided galvanic isolation 7A shown. This is done by appropriately designed and interconnected coupler 7B causes.

Die zweite Ebene B überwacht zumindest die Funktionen des Steuergeräts 8 und der Treiberschaltung 7. Die zweite Ebene B ist auch dazu ausgeführt, ein System zur Einleitung eines aktiven Kurzschlusses in den Phasen U, V, W des Wechselrichters 1 zu überwachen und zumindest dann zu betätigen, wenn ein sicherer Zustand erforderlich ist. Das System weist dazu analog zur 2 eine Schutzschaltung 9 auf. Diese ist also wie zu 2 erläutert ausgeführt. Die dazu vorgebrachten Erläuterungen gelten daher auch zu 3. Für den aktiven Kurzschluss betätigt sie direkt, also ohne die Treiberschaltung 7, die entsprechenden Leistungshalbleiterschalter 5 des Wechselrichters 1.The second level B monitors at least the functions of the control unit 8th and the driver circuit 7 , The second level B is also designed to provide a system for initiating an active short in phases U, V, W of the inverter 1 to monitor and at least then operate when a safe state is required. The system has analogous to the 2 a protection circuit 9 on. So this one is like too 2 explained. The explanations given are therefore also valid 3 , For the active short circuit, it operates directly, ie without the driver circuit 7 , the corresponding power semiconductor switch 5 of the inverter 1 ,

Vorliegend wird der ersten und zweiten Ebene A, B beispielhaft ein Soll-Drehmoment Msoll vorgebenen. In der ersten Ebene A werden hieraus die dazu erforderlichen PWM-Signale für die Leistungshalbleiterschalter 5 des Wechselrichters 1 ermittelt. Entsprechend werden diese dann von der Treiberschaltung 7 betätigt. Ein an der E-Maschine 2 anliegendes Ist-Drehmoment Mist wird ebenfalls ermittelt, beispielsweise gemessen oder berechnet. In der zweiten Ebene B wird die Funktionalität der ersten Ebene A dann beispielsweise dadurch geprüft, dass dort zumindest ein Vergleich zwischen dem Soll- und Ist-Drehmoment Msoll, Mist stattfindet. Alternativ oder darüber hinaus können auch andere Werte, wie beispielsweise eine Drehzahl oder ein elektrischer Strom oder eine elektrische Spannung, Zwischenergebnisse, oder Zustände der Komponente der ersten Ebene A überwacht werden.In the present case, the first and second planes A, B will specify, by way of example, a desired torque M soll . In the first level A, this requires the PWM signals required for the power semiconductor switches 5 of the inverter 1 determined. Accordingly, these are then from the driver circuit 7 actuated. One at the electric motor 2 applied actual torque M is is also determined, for example, measured or calculated. In the second level B, the functionality of the first level A is then checked, for example, by the fact that at least one comparison between the setpoint and actual torque M soll , M ist takes place there. Alternatively or in addition, other values, such as a rotational speed or an electric current or voltage, intermediate results, or states of the first-level component A may also be monitored.

Wenn unzulässige Werte, Wertabweichungen oder Zustände etc. durch die zweite Ebene B festgestellt werden, wird diese den sicheren Zustand für den Wechselrichter 1 und die E-Maschine 2 anfordern. Dazu gibt sie ein entsprechendes Signal zum Einlegen des aktiven Kurzschlusses an die Schutzschaltung 9 aus (Signalpfad „Einlegen des AKS”). Parallel dazu fordert sie durch ein entsprechendes Signal auch eine Deaktivierung der ersten Ebene A an (Signalpfad „Deaktivieren der Ebene A”). Die Deaktivierung der ersten Ebene A beinhaltet eine Deaktivierung des Steuergeräts 8 sowie der Treiberschaltung 7, also eine Wechselrichtersperre. Dadurch legt die Treiberschaltung kein Signal/Strom mehr an die Basis-Anschlüsse der Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters 1 an. Die Schutzschaltung 9 leitet den aktiven Kurzschluss, wie oben erläutert, in einigen oder allen Phasen U, V, W des Wechselrichters 9 ein.If impermissible values, value deviations or states etc. are detected by the second level B, this becomes the safe state for the inverter 1 and the electric machine 2 Request. For this purpose, it gives a corresponding signal for inserting the active short circuit to the protection circuit 9 off (signal path "Inserting the AKS"). In parallel, it also requests a deactivation of the first level A by means of a corresponding signal (signal path "deactivating level A"). The deactivation of the first level A involves a deactivation of the control unit 8th and the driver circuit 7 So an inverter lock. As a result, the driver circuit no longer applies a signal / current to the base terminals of the power semiconductor switches of the inverter 1 at. The protection circuit 9 conducts the active short circuit, as explained above, in some or all phases U, V, W of the inverter 9 one.

Durch ein anderes, insbesondere übergeordnetes Signal kann die Wechselrichtersperre sowie der aktive Kurzschluss durch die Schutzschaltung 9 aufgelöst werden, beispielsweise durch die zweite Ebene B oder durch einen externen Zugriff. Die erste Ebene A wird dann also wieder aktiviert, was mit einer Deaktivierung der Schutzschaltung 9 einhergeht.By another, in particular higher-level signal, the inverter lock and the active short circuit through the protection circuit 9 be resolved, for example, by the second level B or by an external access. The first level A is then activated again, which means deactivating the protection circuit 9 accompanied.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Wechselrichterinverter
22
E-MaschineE-machine
33
Fahrzeugradvehicle
44
GleichstromquelleDC power source
55
LeistungshalbleiterschalterPower semiconductor switch
5A5A
Higside-SchalterHigside switch
5B5B
Lowside-SchalterLow-side switch
66
ZwischenkreiskondensatorLink capacitor
77
Treiberschaltungdriver circuit
7B7B
Kopplercoupler
88th
Steuergerätcontrol unit
99
Schutzschaltungprotection circuit
AA
erste Ebene, Funktionsebenefirst level, functional level
BB
zweite Ebene, Überwachungsfunktion, Überwachungsebenesecond level, monitoring function, monitoring level
DC+, DC–DC +, DC
GleichstromleitungDC line
Mist M is
Ist-DrehmomentActual torque
Msoll M shall
Soll-DrehmomentTarget torque
U, V, WAND MANY MORE
Phasephase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008026549 A1 [0008] DE 102008026549 A1 [0008]

Claims (8)

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