用于逆变器的半导体开关的控制装置以及用于操控逆变器的方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201280063404.4	申请日：	2012.10.24
公开号：	CN103998281A	公开日：	2014.08.20
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):B60L 3/00申请日:20121024\|\|\|公开
IPC分类号：	B60L3/00; B60L3/04; H02M1/36	主分类号：	B60L3/00
申请人：	罗伯特·博世有限公司
发明人：	E.埃伯莱因; A.舍恩克内希特
地址：	德国斯图加特
优先权：	2011.12.20 DE 102011089316.4
专利代理机构：	中国专利代理(香港)有限公司 72001	代理人：	梁冰;杨国治
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内容摘要

本发明涉及一种用于操控逆变器的半导体开关（1）的控制装置（4），具有一操控电路（16），其构造用于根据一通过所述逆变器的控制调节器所产生的开关信号（5）产生一驱动信号（18）；以及一驱动电路（15），其耦合在所述操控电路（16）和所述半导体开关（1）的控制输入端（13）之间，并且其构造用于接收所述驱动信号（18），并且根据所述驱动信号（18）产生一操控所述半导体开关（1）的控制信号（7）并且供给到所述半导体开关（1）的控制输入端（13）中，其中，所述操控电路（16）构造用于将所述驱动信号（18）作为一连串的具有预设的并且能调节的脉冲长度的驱动信号脉冲来产生，从而所述半导体开关（1）在利用所述控制信号（7）操控的情况下在所述脉冲长度期间没有完全导通。

权利要求书

权利要求书
1.   用于操控逆变器（10）的半导体开关（1）的控制装置（4），具有：
一操控电路（16），其构造用于根据一通过所述逆变器（10）的控制调节器（50）所产生的开关信号（5）产生一驱动信号（18）；以及
一驱动电路（15），其耦合在所述操控电路（16）和所述半导体开关（1）的控制输入端（13）之间，并且其构造用于接收所述驱动信号（18），并且根据所述驱动信号（18）产生一操控所述半导体开关（1）的控制信号（7）并且供给到所述半导体开关（1）的控制输入端（13）中，其中，所述操控电路（16）构造用于将所述驱动信号（18）作为一连串的具有预设的并且能调节的脉冲长度（T）的驱动信号脉冲（18k）来产生，从而所述半导体开关（1）在利用所述控制信号（7）操控的情况下在所述脉冲长度（T）期间没有完全导通。

2.   按照权利要求1所述的控制装置（4），其中，所述脉冲长度（T）能够以如下方式调节，使得所述半导体开关（1）在利用所述控制信号（7）操控的情况下具有一预设的电流值。

3.   按照权利要求1和2之一所述的控制装置（4），还具有：
一调节电路（17），其与所述操控电路（16）耦合，并且其构造用于产生一用于调节所述驱动信号（18）的调节信号（19），并且供给到所述操控电路（16）中。

4.   按照权利要求3所述的控制装置（4），其中，所述调节电路（17）构造用于检测一第一测量信号（9），其代表中间回路电压，并且根据所述第一测量信号（9）产生所述调节信号（19）。

5.   按照权利要求3和4之一所述的控制装置（4），其中，所述调节电路（17）与所述半导体开关（1）的电流传感器输出端（14）耦合，并且构造用于检测一第二测量信号（8），其代表一通过所述半导体开关（1）的电流，并且根据所述第二测量信号（8）产生所述调节信号（19）。

6.   按照权利要求3至5之一所述的控制装置（4），其中，所述驱动电路（15）具有一能调节的用于产生所述控制信号（7）的控制电阻，并且其中，所述操控电路（16）构造用于根据所述调节信号（19）产生一用于调节所述能调节的控制电阻的调整信号（20）并且供给到所述驱动电路（15）中。

7.   按照权利要求1至6之一所述的控制装置（4），其构造用于操控一IGBT开关（1）。

8.   按照权利要求1至7之一所述的控制装置（4），其中，所述逆变器（10）具有一半桥电路，并且其中，所述操控电路（16）构造用于利用所述驱动信号（18）操控一半桥的半导体开关（1）中的一个半导体开关并且持久地闭合所述半桥的半导体开关（1）中的另外的半导体开关。

9.   用于n相电机（3）的驱动系统（100），其中，n≥1，所述系统具有:
一中间回路电容器（2），其与两个输入电压接口（T+；T-）连接；
一具有大量半导体开关（1a、...、1f）的逆变器（10），所述逆变器与所述中间回路电容器（2）耦合，从所述中间回路电容器（2）中被供给电能并且构造用于产生一用于所述电机（3）的n相的供给电压；
大量的按照权利要求1至8之一所述的控制装置（4a、...、4f），它们分别构造用于产生一用于操控所述逆变器（10）的半导体开关（1a、...、1f）中的一个半导体开关的控制信号（7a、...、7f）；以及
一控制调节器（50），其与所述大量的控制装置（4a、...、4f）耦合，并且其构造用于产生用于所述逆变器（10）的半导体开关（1a、...、1f）的开关信号（5a、...、5f）。

10.   按照权利要求9所述的驱动系统（100），其中，所述半导体开关（1a、...、1f）是IGBT开关。

11.   按照权利要求9和10之一所述的驱动系统（100），其中，所述逆变器（10）具有一半桥电路，并且其中，所述操控电路（16）构造用于利用所述驱动信号（18）操控一半桥的半导体开关（1）中的一个半导体开关并且持久地闭合所述半桥的半导体开关（1）中的另外的半导体开关。

12.   用于操控逆变器（10）的方法（30），具有如下步骤：
产生（31）一用于所述逆变器（10）的半导体开关（1a、...、1f）中的至少一个半导体开关的驱动信号（18），其中，所述驱动信号（18）具有一连串驱动信号脉冲（18k）；并且
放大（32）所述驱动信号（18）用以产生一控制信号（7a、...、7f），所述控制信号操控所述至少一个半导体开关（1a、...、1f），
其中，所述驱动信号脉冲（18k）分别具有一预设的且能调节的脉冲长度（T），从而所述半导体开关（1a、...、1f）在利用所述控制信号（7a、...、7f）操控的情况下在所述脉冲长度（T）期间没有完全导通。

13.   按照权利要求12所述的方法（30），还具有下列步骤：
检测（33a）一第一测量信号（9），其代表所述中间回路电压；并且
根据所述第一测量信号（9）产生（34a）一用于调节所述驱动信号脉冲（18k）的脉冲长度（T）的调节信号（19）。

14.   按照权利要求12和13之一所述的方法（30），还具有下列步骤：
检测（33b）一第二测量信号（8），其代表一通过所述至少一个半导体开关（1a、1f）的电流；并且
根据所述第二测量信号（8）产生（34b）一用于调节所述驱动信号脉冲（18k）的脉冲长度（T）的调节信号（19）。

说明书

说明书用于逆变器的半导体开关的控制装置以及用于操控逆变器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于逆变器的半导体开关的控制装置以及一种用于操控逆变器的方法，尤其用于在快速放电运行中运行逆变器。
背景技术
电动车辆或混合动力车辆常常具有在电动车蓄电池和电机之间的驱动系统中的功率电子的电路部件，它们通常作为电压中间回路变流器来构造。在此情况下，直流电压中间回路用作所述电动车蓄电池和一逆变器之间的耦合机构，其可被操控用于将来自所述直流电压中间回路的电功率传递到电机上。
逆变器可以例如实施成具有一定数量的桥支路的全桥电路，所述桥支路分别具有两个半导体开关。在此情况下，所述桥支路的与所述直流电压中间回路的第一输出接口连接的半导体开关被称作高边开关，并且所述桥支路的与所述直流电压中间回路的第二输出接口连接的半导体开关被称作低边开关。在此情况下，作为半导体开关可以例如使用具有反平行地连接的二极管或MOSFET（金属氧化物场效应晶体管）的IGBT模块（具有绝缘的栅电极的双极晶体管）。
为了操控所述逆变器，使用控制调节器，它们产生用于所述半导体开关的开关信号。在故障情况下出于安全原因对于所述控制调节器提出了不同的要求。例如可能要求，所述电机的马达绕组在故障情况下进行短路。这可以通过闭合所有高边开关并且打开所有低边开关（或者反过来）来实现，这也被称作“主动的短路”。
此外，在故障情况下必需使所述直流电压中间回路快速地且可靠地放电，尤其是即使在所述控制调节器中的供给电压失效的情况下。这可以通过一快速放电来实现。这种快速放电通常要求在五秒的最大的快速放电时间内完成，以便能够确保车辆的电运行安全性。
出版物US 2005/0231171 A1公开了一种电驱动系统，具有一电机、一脉冲逆变器和一中间回路电容器。该中间回路电容器可以经由所述脉冲逆变器的一相应的开关运行来受控地放电。
发明内容
根据一个方面，本发明提出一种用于操控一逆变器的半导体开关的控制装置，具有一操控电路，其构造用于根据一通过所述逆变器的控制调节器所产的开关信号产生一驱动信号；以及一驱动电路，其耦合在所述操控电路和所述半导体开关的一控制输入端之间，并且其构造用于接收所述驱动信号并且根据所述驱动信号产生一操控所述半导体开关的控制信号并且供给到所述半导体开关的控制输入端中。其中，所述操控电路构造用于，将所述驱动信号作为一连串具有预设的且可调节的脉冲长度的驱动信号脉冲来产生，从而所述半导体开关在利用所述控制信号操控的情况下在所述脉冲长度期间没有完全导通（leitf?hig）。
根据另一个方面，本发明提出一种用于n相电机的驱动系统，其中，n≥1，该驱动系统有一中间回路电容器，其与两个输入电压接口连接；一具有大量半导体开关的逆变器，所述逆变器与所述中间回路电容器耦合，从所述中间回路电容器中被供给电能并且构造用于产生一用于所述电机的n相的供给电压；大量的根据本发明的控制装置，它们分别构造用于产生一用于所述逆变器的半导体开关中的一个半导体开关的开关控制信号；以及一控制调节器，其与所述大量的控制装置耦合，并且其构造用于产生用于所述逆变器的半导体开关的开关信号。
根据另一个方面，本发明提出一种用于操控逆变器的方法。具有：产生一用于所述逆变器的半导体开关中的至少一个半导体开关的驱动信号的步骤，其中，所述驱动信号具有一连串驱动信号脉冲；以及放大所述驱动信号用以产生一控制信号的步骤，所述控制信号操控所述至少一个半导体开关，其中，所述驱动信号脉冲分别具有一预设的且能调节的脉冲长度，从而所述半导体开关在利用所述控制信号操控的情况下在所述脉冲长度期间没有完全导通。
发明优点
本发明的观点在于，构造一种用于在一电运行车辆中的逆变器的半导体开关的控制装置，其可以转换一快速的或紧急放电，无需使用额外的用于放热的构件并且无需提高的电路费用。在此情况下，所述快速放电或紧急放电经由在所述逆变器中无论如何都存在的半导体开关来执行。由此取消了设置专用的紧急放电电路的必要性，这会带来巨大的成本节省和结构空间节省。
本发明的一个优点是，构造有根据本发明的控制装置的逆变器包括大量的具有各两个半导体开关的桥支路，该逆变器能够以如下方式进行操控，使得一确定数量的桥支路的半导体开关中的一个半导体开关被“节拍式操控”，也就是说，所述操控信号由短的操控脉冲组成，所述操控脉冲的脉冲长度刚好选择得如此之短，使得所述半导体开关还没有完全导通地连接，而是短时间地处于闭塞状态（Sperrzustand）和导通状态（Leitzustand）之间的过渡状态中。因此，没有完全导通意味着，该导电性具有一个值，该值位于在打开的开关的情况下的导通性（Leitf?higkeit）的值和在闭合的开关的情况下的导通性的值之间，尤其具有所述开关在闭合状态下所具有的导通性的20%和80%之间的导通性。在该时间期间可以将来自所述中间回路电容器的能量在电流通过相应的半导体开关流动的情况下转化成热并且如此迅速地且有效地消退所述中间回路中的电压。这提供了如下优点，即联接到所述逆变器的输入接口上的中间回路电容器能够快速地且可靠地经由所述半导体开关放电，而通过该放电使得电流不会通过一联接的电机流动。
在此情况下特别有利的是，一方面不必安装其它的用于使所述中间回路电容器放电的电路部件，这节省了位置和制造成本。另一方面，所述半导体开关总归是要特别好地热力地连接到周围环境上，从而所述中间回路电容器经由所述逆变器的放电不会引起所述驱动系统的过热。
根据本发明的控制装置的一种实施方式，所述脉冲长度可以以如下方式进行调节，使得所述半导体开关在利用所述控制信号操控的情况下具有一预设的电流值。
根据另一种实施方式，所述控制装置还可以具有一调节电路，其与所述操控电路耦合，并且其构造用于产生一用于调节所述驱动信号的调节信号，并且供给到所述操控电路中。由此可以将所需的通过所述半导体开关的电流值有目的性地通过例如所述驱动信号脉冲的脉冲长度或所述驱动信号脉冲的振幅的影响来调节。
根据本发明的控制装置的另一种实施方式，所述调节电路可以构造用于，检测一代表所述中间回路电压的第一测量信号，并且根据该第一测量信号产生一调节信号。因此可以根据所述中间回路电容器的充电状态的不同经由所述半导体开关中的一个或多个半导体开关来调节出一合适的放电模式。
根据本发明的控制装置的另一种实施方式，所述调节电路可以与所述半导体开关的一电流传感器输出端耦合，并且构造用于检测一代表一通过所述半导体开关的电流的第二测量信号，并且根据该第二测量信号产生一调节信号。
根据本发明的控制装置的另一种实施方式，所述驱动电路可以具有一用于产生所述控制信号的可调节的控制电阻，并且所述操控电路构造用于，根据所述调节信号产生一用于调节所述可调节的控制电阻的调整信号并且供给到所述驱动电路中。
根据另一种实施方式，所述控制装置可以构造用于操控一IGBT开关。
根据另一种实施方式，所述逆变器可以具有一半桥电路。在此情况下，所述操控电路构造用于利用所述驱动信号操控一半桥的半导体开关中的一个半导体开关并且持久地闭合所述半桥的半导体开关中的另外的半导体开关。这对于所述逆变器的一主动的短路而言是特别有利的，其中，来自所述中间回路电容器的能量能够在一电流通过一半桥的相应的半导体开关中的一个半导体开关流动的情况下被转化成热并且能够如此地迅速且有效地消退所述中间回路中的电压。
根据一种实施方式，根据本发明的方法还可以具有：检测一代表所述中间回路电压的第一测量信号并且根据所述第一测量信号产生一用于调节所述驱动信号脉冲的脉冲长度的调节信号的步骤。
根据另一种实施方式，根据本发明的方法还可以具有：检测一代表一通过所述至少一个半导体开关的电流的第二测量信号并且根据所述第二测量信号产生一用于调节所述驱动信号脉冲的脉冲长度的调节信号的步骤。
附图说明
本发明的实施方式的其它特征和优点从下面参照附图的描述中得出。
其中:
图1 示出了根据本发明的一种实施方式的车辆的电驱动系统的示意图；
图2 示出了根据本发明的另一种实施方式的用于半导体开关的控制装置的示意图；
图3 示出了根据本发明的另一种实施方式的用于半导体开关的控制装置的示意图；
图4 示出了根据本发明的另一种实施方式的用于半导体开关的控制装置的示意图；
图5 示出了根据本发明的另一种实施方式的用于半导体开关的控制装置的示意图；
图6 示出了根据本发明的另一种实施方式的用于半导体开关的控制装置的示意图；
图7 示出了根据本发明的另一种实施方式的用于半导体开关的控制信号的信号图表的示意图；以及
图8 示出了根据本发明的另一种实施方式的用于操控逆变器的方法的示意图。
具体实施方式
图1示出了一车辆的电驱动系统100的示意图。该电驱动系统100包括两个输入接口T+和T-,它们可例如通过一能量储存装置例如高压蓄电池或所述车辆的电动车电池来供给高压。所述输入接口T+和T-与一直流电压中间回路连接，该直流电压中间回路具有一中间回路电容器2。该中间回路电容器2经由输出接口与一逆变器10、例如一脉冲逆变器10的输入接口连接。在图1中所示的具有所述中间回路电容器2和所述逆变器10的电压中间回路变流器是示例性地作为三相变流器示出的，也就是说，所述逆变器10包括三个分别具有两个半导体开关的桥支路。所述第一桥支路例如包括半导体开关1a和1d，所述第一桥支路例如包括半导体开关1b和1e，并且所述第三桥支路例如包括半导体开关1c和1f。在此情况下，一个桥侧的半导体开关1a、1b、1c被称作高边开关，并且另一个桥侧的半导体开关1d、1e、1f被称作低边开关。在此情况下应该清楚的是，所述电压中间回路变流器的任何其它数量的桥支路或者相位同样是可以的，并且所述半导体开关1a至1f作为高边开关和低边开关的命名仅是示例性地选择的。
在图1中示出的半导体开关1a至1f在此情况下可例如具有场效应晶体管（FETs）。在一种可能的实施方式中，所述半导体开关分别是IGBTs（绝缘栅双极型晶体管），但同样可以的是，其它的半导体开关以相应的形式设置，例如以JFETs（结型场效应晶体管）或MOSFETs（金属氧化物半导体场效应晶体管）。当所述半导体开关1a至1f具有IGBT开关时，可以设置成，针对所述IGBT开关中的每一个都反向并联一在图1中由于概览原因而未示出的二极管。
所述电驱动系统100还具有一控制调节器50，其构造用于产生开关信号5a至5f，所述开关信号对所述半导体开关1a至1f的开关操控进行编码。在此情况下，当要打开所述半导体开关1a至1f时，所述开关信号5a至5f可以例如具有一逻辑低电平，并且当要闭合所述半导体开关1a至1f时，所述半导体开关1a至1f具有一逻辑高电平。所述控制调节器50将所述开关信号5a至5f供给到相应的控制装置4a至4f中，它们分别负责操控所述半导体开关1a至1f中的一个。下面阐述所述控制装置4a与配属的半导体开关1a的耦合，其中，其余控制装置4b至4f中的每一个都可以相应地耦合。
所述控制装置4a具有一控制输出端，经由其可将一控制信号7a输出到所述半导体开关1a的控制输入端，用于控制所述半导体开关1a的运行。所述控制装置4a可以经由测量导线来检测测量信号8a和/或9a。所述测量信号8a可以例如说明一通过所述半导体开关1a的瞬时电流强度。为此，测量导线可以例如与所述半导体开关1a的一电流测量输出端耦合，其中，经由所述测量导线检测所述测量信号8a。所述测量信号9a可以例如说明一在所述半导体开关1a的连接接口处的瞬时电压。为此，测量导线可以例如与所述半导体开关1a的一集电极接口耦合，尤其当所述半导体开关1a是一IGBT开关时，其中，经由所述测量导线检测所述测量信号9a。在此情况下，所述测量信号9a可以代表在所述中间回路电容器2处的电压。
图2至6示出了用于一半导体开关1的控制装置4的示意图。尤其在图2至6中更详细地示出了所述控制装置4a至4f和配属的半导体开关1a至1f的示例性的实施方式。在此，在图2至6中采用的附图标记可以分别设有字母a至f，用以表示在图1中所示的电驱动系统100的各部件。
一般来说，在图2至6中所示的控制装置4用于操控一半导体开关1、尤其一逆变器、例如图1中的逆变器10的半导体开关1。该半导体开关1在图2至6中示例性地作为IGBT开关示出，其具有一集电极接口11、一发射极接口12、一栅极输入端或控制极输入端13和一电流传感器输出端14。经由所述电流传感器输出端14可以输出一电流测量信号9，其说明了一通过所述IGBT开关1流动的电流的电流强度。该IGBT开关1可以经由所述控制输入端13通过施加一相应的控制信号7利用一确定的电平以不同的运行模式来操控。在一开关运行中，所述IGBT开关1可以仅在一闭塞范围或饱和范围中运行，也就是说，所述IGBT开关1要么完全闭塞要么完全导通。与此相反，在一线性运行或主动运行中，所述IGBT开关1可以在一放大范围中运行，也就是说，一通过所述IGBT开关1的电流的电流强度与施加在所述控制接口上的电压成正比地或基本上成正比地标度。
在图2中所示的示例性的实施方式中，所述控制装置4具有一操控电路16，其构造用于根据一通过一逆变器的控制调节器所产生的开关信号5产生一驱动信号18。在此情况下，在所述逆变器的通常的开关运行中所述驱动信号18可以基本上相应于所述开关信号5。当要闭合所述IGBT开关1时，所述开关信号5可以例如具有一逻辑高电平，并且当要打开所述IGBT开关1时，所述开关信号具有一逻辑低电平。在此情况下任何其它的操控逻辑电路当然同样是可行的。在通常的开关运行中规定，所述IGBT开关1要么完全闭塞要么完全导通，从而所述开关信号5针对一预设的时间段维持各逻辑电平。
此外，所述控制装置4包括一驱动电路15，其耦合在所述操控电路16和所述IGBT开关1的一控制输入端13之间，并且其构造用于接收所述驱动信号18并且根据该驱动信号18产生一控制信号7，该控制信号操控所述IGBT开关1。然后，所述控制信号7通过所述驱动电路15被供给到所述IGBT开关1的控制输入端13中。为此，所述驱动电路15可以例如具有一内部的控制电阻或栅极电阻，经由其可调节为了产生所述控制信号7而对所述驱动信号18的放大。
在所述逆变器的确定的运行模式中，可能需要进行所述中间回路的快速放电。利用所述控制装置4可以选择性地“节拍式操控（angetaktet）”一IGBT开关1，也就是说，在一脉冲运行中进行操控，在该脉冲运行中将所述操控脉冲供给到所述IGBT开关1的控制输入端13中，所述操控脉冲的持续时间如此之短，使得所述IGBT开关1还没有完全导通地连接，而是短时间地处于闭塞状态和导通状态之间的过渡状态中。在该时间期间可以将来自所述中间回路电容器的能量在电流通过所述半导体开关1流动的情况下转化成热并且如此迅速地且有效地消退所述中间回路中的电压。这能够实现尤其是在以如下方式操控的逆变器中的快速放电运行的调节，由此能够以有利的方式进行一供给所述逆变器的中间回路电容器、例如所述中间回路电容器1的快速放电。在此情况下特别有利的是，所述逆变器的已经存在的部件可以用于放电，而不必安装额外的电路或放电元件，例如可开关的电阻或类似装置。
为了实现该运行模式，所述操控电路16可以构造用于，将所述驱动信号18作为一连串具有预设的且可调节的脉冲长度的驱动信号脉冲来产生，从而所述IGBT开关1在利用所述控制信号7操控的情况下在所述脉冲长度期间没有完全导通。一种示例性的用于这样的一连串驱动信号脉冲18k的可能性示意性地在图7中示出。所述驱动信号脉冲18k在此分别具有一脉冲长度T。该脉冲长度T可以关于所述操控持续时间在所述IGBT开关1的通常的控制运行中很短。例如一IGBT开关1的开关持续时间可以为大致100μs，在该开关持续时间期间，所述IGBT开关1在一正常运行中保持闭合或打开。所述脉冲长度T在该情况下可以为几个μs，例如在0.2μs和5μs之间。在此情况下，所述脉冲长度T可以取决于所述IGBT开关1以及所述驱动电路15的物理参数。
为了调节被供给到所述IGBT开关1的控制输入端13中的操控脉冲，可以额外地设置一调节电路17，其与所述操控电路16耦合，并且其构造用于产生一用于调节所述驱动信号18的调节信号19，并且供给到所述操控电路16中。这种调节电路17示例性地在图3至6中示出。图3和5的调节电路17与图4和6的调节电路的不同之处在于，所述调节电路17构造用于检测一第一测量信号9，其代表所述中间回路电压，并且根据所述第一测量信号9产生所述调节信号19。在此情况下，所述第一测量信号9可以例如在所述IGBT开关1的集电极接口11处被截获。与此相反，如在图4和6中所示，检测一第二测量信号8，其代表一通过所述半导体开关的电流，并且根据所述第二测量信号8产生所述调节信号19。为此，所述调节电路17可以与所述IGBT开关1的电流传感器输出端14耦合。替选地也可以实现，所述调节电路17不仅与所述电流传感器输出端14也与所述IGBT开关1的集电极接口11连接，并且不仅根据所述第一测量信号9而且也根据所述第二测量信号8产生所述调节信号19。
在所有情况下，所述驱动信号脉冲18k的脉冲长度T经由所述调节信号19来调节。当例如所述中间回路电压不减小或以很小的尺度减小时，可以延长所述脉冲长度T。同样地，例如可以在一通过所述IGBT开关1的过高电流的情况下减小所述脉冲长度T。经由所述第一测量信号9可以例如在所述IGBT开关1接通的瞬间监控在所述IGBT开关1的集电极接口11上的中间回路电压的电压骤降。如果不存在电压骤降或所述电压骤降太低，则可以延长所述脉冲长度T。通常所述调节电路17的调节程序可以以一很小的脉冲长度T开始，用以避免所述IGBT开关1的过载且因此避免可能的损坏。
所述调节电路17也可以可选地接收其它的外部参数6，所述参数被纳入到调节机制中。例如所述外部参数6可以包括所述IGBT开关1处的温度。
如在图5和6中示意性示出，除了所述调节电路17之外，可以通过所述操控电路16产生一用于调节所述驱动电路15的一可调节的控制电阻的调整信号20并且供给到所述驱动电路15中。在此情况下，所述调整信号20可以例如根据所述调节信号19来产生。经由所述调整信号20可以选择性地提高所述驱动电路15的控制电阻的电阻值，从而可以减少供给到所述IGBT开关1的控制输入端13中的操控电压的值。在此情况下，所述控制电阻可以以任意的级来进行匹配，从而能够选择性地经由所述调节电路17来调节通过所述IGBT开关1的电流。
图8示出了一用于操控逆变器、尤其是在图1中所示的一电运行车辆的电驱动系统100中的逆变器10的方法30的示意图。该方法30在第一步骤31中包括：产生一用于所述逆变器的半导体开关中的至少一个半导体开关的驱动信号，其中，所述驱动信号具有一连串驱动信号脉冲。然后，在第二步骤32中进行所述驱动信号的放大，用于产生一控制信号，该控制信号操控所述至少一个半导体开关。在此情况下，所述驱动信号脉冲分别具有一预设的且可调节的脉冲长度，从而所述半导体开关在利用所述控制信号操控的情况下在所述脉冲长度期间没有完全导通。
然后，在步骤33a和34a中可以可选地检测一第一测量信号，其代表所述中间回路电压，并且根据所述第一测量信号产生一用于调节所述驱动信号脉冲的脉冲长度的调节信号。替选地或附加地，可以在步骤33b和34b中检测一第二测量信号，其代表一通过所述至少一个半导体开关的电流，并且根据所述第二测量信号产生一用于调节所述驱动信号脉冲的脉冲长度的调节信号。
所述方法30原则上可以在所述逆变器的任何运行模式下执行。尤其是所述方法30可以在所述逆变器的通常的正常运行中执行。在该情况下可以例如在一空转模式中或在调节运行中对所述半导体开关中的应该处于闭合状态下的一个或多个半导体开关在该时间段期间进行脉冲地操控。然后，所述一个或多个半导体开关短时地有助于所述中间回路电容器的放电。在此情况下要注意的是，通过所述逆变器输出的电压信号不被歪曲或至少仅极小地被歪曲。
在低转速电机的情况下例如在一永磁激励的同步机的情况下，在一空转模式中所述中间回路电压的减小就已经可以是有利的，用以避免在该同步机中的不希望的力矩的产生。在此情况下，所述中间回路电压可以例如利用所述方法30事先被减少到一与磁极转子电压相关的值上。
但特别有利的是，所述方法30在所述逆变器的一“主动的短路”中执行，也就是说，在如下模式中，在该模式中所述电机的马达绕组在故障情况下能够可靠地被短路。例如可以在出现一故障，例如在所述控制调节器的电压供给失效的情况下，在车辆事故的情况下或在其它的危害所述电驱动系统的运行安全性的情况下，激活所述“主动的短路”，从而所述桥支路的一个桥侧的所有半导体开关、例如所述高边开关被置入到一闭合的状态中，并且所述桥支路的另一桥侧的所有半导体开关、例如所述低边开关被置入到一打开的状态中。不言而喻，所述高边开关和所述低边开关的操控可以分别反过来进行。由此可以安全且可靠地经由所述闭合的半导体开关来使所述电机短路。
在状态“主动的短路”中分别打开的半导体开关、例如所述低边开关，可以代替在一持久打开的状态中经由所述方法30“节拍式操控”，也就是说，通过脉冲的操控运行分别被短时间地置入到闭塞性和导通性之间的状态中。由此一电流通过所述脉冲地操控的半导体开关流动，其电流强度例如可经由所述驱动信号脉冲的脉冲长度调节到一希望的值上。由此可以使所述中间回路电容器经由所述半导体开关在脉冲运行中放电。在此情况下所述半导体开关可以热力地连接到一冷却装置或所述电驱动系统的周围空气上，从而可以快速且可靠地输出在放电时所产生的热。原则上可以的是，根据所希望的放电持续时间的不同，将任意数量的半导体开关或桥支路纳入到快速放电运行中。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 103998281 A (43)申请公布日 2014.08.20 C N 1 0 3 9 9 8 2 8 1 A (21)申请号 201280063404.4 (22)申请日 2012.10.24 102011089316.4 2011.12.20 DE B60L 3/00(2006.01) B60L 3/04(2006.01) H02M 1/36(2006.01) (71)申请人罗伯特博世有限公司地址德国斯图加特 (72)发明人 E.埃伯莱因 A.舍恩克内希特 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人梁冰杨国治 (54) 发明名称。

2、用于逆变器的半导体开关的控制装置以及用于操控逆变器的方法 (57) 摘要本发明涉及一种用于操控逆变器的半导体开关（1）的控制装置（4），具有一操控电路（16），其构造用于根据一通过所述逆变器的控制调节器所产生的开关信号（5）产生一驱动信号（18）；以及一驱动电路（15），其耦合在所述操控电路（16）和所述半导体开关（1）的控制输入端（13）之间，并且其构造用于接收所述驱动信号（18），并且根据所述驱动信号（18）产生一操控所述半导体开关（1）的控制信号（7）并且供给到所述半导体开关（1）的控制输入端（13）中，其中，所述操控电路（16）构造用于将所述驱动信号（18）作为。

3、一连串的具有预设的并且能调节的脉冲长度的驱动信号脉冲来产生，从而所述半导体开关（1）在利用所述控制信号（7）操控的情况下在所述脉冲长度期间没有完全导通。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.06.20 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/EP2012/071034 2012.10.24 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/091949 DE 2013.06.27 (51)Int.Cl. 权利要求书2页说明书7页附图7页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书2页说明书7页附图7页 (10)申请公布。

4、号 CN 103998281 A CN 103998281 A 1/2页 2 1.用于操控逆变器（10）的半导体开关（1）的控制装置（4），具有：一操控电路（16），其构造用于根据一通过所述逆变器（10）的控制调节器（50）所产生的开关信号（5）产生一驱动信号（18）；以及一驱动电路（15），其耦合在所述操控电路（16）和所述半导体开关（1）的控制输入端（13）之间，并且其构造用于接收所述驱动信号（18），并且根据所述驱动信号（18）产生一操控所述半导体开关（1）的控制信号（7）并且供给到所述半导体开关（1）的控制输入端（13）中，其中，所述操控电路（16）构造用于将所述驱动信号（。

5、18）作为一连串的具有预设的并且能调节的脉冲长度（T）的驱动信号脉冲（18k）来产生，从而所述半导体开关（1）在利用所述控制信号（7）操控的情况下在所述脉冲长度（T）期间没有完全导通。 2.按照权利要求1所述的控制装置（4），其中，所述脉冲长度（T）能够以如下方式调节，使得所述半导体开关（1）在利用所述控制信号（7）操控的情况下具有一预设的电流值。 3.按照权利要求1和2之一所述的控制装置（4），还具有：一调节电路（17），其与所述操控电路（16）耦合，并且其构造用于产生一用于调节所述驱动信号（18）的调节信号（19），并且供给到所述操控电路（16）中。 4.按照权利要求3所述的控制。

6、装置（4），其中，所述调节电路（17）构造用于检测一第一测量信号（9），其代表中间回路电压，并且根据所述第一测量信号（9）产生所述调节信号（19）。 5.按照权利要求3和4之一所述的控制装置（4），其中，所述调节电路（17）与所述半导体开关（1）的电流传感器输出端（14）耦合，并且构造用于检测一第二测量信号（8），其代表一通过所述半导体开关（1）的电流，并且根据所述第二测量信号（8）产生所述调节信号（19）。 6.按照权利要求3至5之一所述的控制装置（4），其中，所述驱动电路（15）具有一能调节的用于产生所述控制信号（7）的控制电阻，并且其中，所述操控电路（16）构造用于根据所述。

7、调节信号（19）产生一用于调节所述能调节的控制电阻的调整信号（20）并且供给到所述驱动电路（15）中。 7.按照权利要求1至6之一所述的控制装置（4），其构造用于操控一IGBT开关（1）。 8.按照权利要求1至7之一所述的控制装置（4），其中，所述逆变器（10）具有一半桥电路，并且其中，所述操控电路（16）构造用于利用所述驱动信号（18）操控一半桥的半导体开关（1）中的一个半导体开关并且持久地闭合所述半桥的半导体开关（1）中的另外的半导体开关。 9.用于n相电机（3）的驱动系统（100），其中，n1，所述系统具有: 一中间回路电容器（2），其与两个输入电压接口（T+；T-）连接；一具。

8、有大量半导体开关（1a、.、1f）的逆变器（10），所述逆变器与所述中间回路电容器（2）耦合，从所述中间回路电容器（2）中被供给电能并且构造用于产生一用于所述电机（3）的n相的供给电压；大量的按照权利要求1至8之一所述的控制装置（4a、.、4f），它们分别构造用于产生一用于操控所述逆变器（10）的半导体开关（1a、.、1f）中的一个半导体开关的控制信号（7a、.、7f）；以及一控制调节器（50），其与所述大量的控制装置（4a、.、4f）耦合，并且其构造用于产权利要求书CN 103998281 A 2/2页 3 生用于所述逆变器（10）的半导体开关（1a、.、1f）的开关信。

9、号（5a、.、5f）。 10.按照权利要求9所述的驱动系统（100），其中，所述半导体开关（1a、.、1f）是 IGBT开关。 11.按照权利要求9和10之一所述的驱动系统（100），其中，所述逆变器（10）具有一半桥电路，并且其中，所述操控电路（16）构造用于利用所述驱动信号（18）操控一半桥的半导体开关（1）中的一个半导体开关并且持久地闭合所述半桥的半导体开关（1）中的另外的半导体开关。 12.用于操控逆变器（10）的方法（30），具有如下步骤：产生（31）一用于所述逆变器（10）的半导体开关（1a、.、1f）中的至少一个半导体开关的驱动信号（18），其中，所述驱动信号（18）具。

10、有一连串驱动信号脉冲（18k）；并且放大（32）所述驱动信号（18）用以产生一控制信号（7a、.、7f），所述控制信号操控所述至少一个半导体开关（1a、.、1f），其中，所述驱动信号脉冲（18k）分别具有一预设的且能调节的脉冲长度（T），从而所述半导体开关（1a、.、1f）在利用所述控制信号（7a、.、7f）操控的情况下在所述脉冲长度（T）期间没有完全导通。 13.按照权利要求12所述的方法（30），还具有下列步骤：检测（33a）一第一测量信号（9），其代表所述中间回路电压；并且根据所述第一测量信号（9）产生（34a）一用于调节所述驱动信号脉冲（18k）的脉冲长度（T）的调节信。

11、号（19）。 14.按照权利要求12和13之一所述的方法（30），还具有下列步骤：检测（33b）一第二测量信号（8），其代表一通过所述至少一个半导体开关（1a、1f）的电流；并且根据所述第二测量信号（8）产生（34b）一用于调节所述驱动信号脉冲（18k）的脉冲长度（T）的调节信号（19）。权利要求书CN 103998281 A 1/7页 4 用于逆变器的半导体开关的控制装置以及用于操控逆变器的方法技术领域 0001 本发明涉及一种用于逆变器的半导体开关的控制装置以及一种用于操控逆变器的方法，尤其用于在快速放电运行中运行逆变器。背景技术 0002 电动车辆或混合动力车辆。

12、常常具有在电动车蓄电池和电机之间的驱动系统中的功率电子的电路部件，它们通常作为电压中间回路变流器来构造。在此情况下，直流电压中间回路用作所述电动车蓄电池和一逆变器之间的耦合机构，其可被操控用于将来自所述直流电压中间回路的电功率传递到电机上。 0003 逆变器可以例如实施成具有一定数量的桥支路的全桥电路，所述桥支路分别具有两个半导体开关。在此情况下，所述桥支路的与所述直流电压中间回路的第一输出接口连接的半导体开关被称作高边开关，并且所述桥支路的与所述直流电压中间回路的第二输出接口连接的半导体开关被称作低边开关。在此情况下，作为半导体开关可以例如使用具有反平行地连接的二极管或MOSF。

13、ET（金属氧化物场效应晶体管）的IGBT模块（具有绝缘的栅电极的双极晶体管）。 0004 为了操控所述逆变器，使用控制调节器，它们产生用于所述半导体开关的开关信号。在故障情况下出于安全原因对于所述控制调节器提出了不同的要求。例如可能要求，所述电机的马达绕组在故障情况下进行短路。这可以通过闭合所有高边开关并且打开所有低边开关（或者反过来）来实现，这也被称作“主动的短路”。 0005 此外，在故障情况下必需使所述直流电压中间回路快速地且可靠地放电，尤其是即使在所述控制调节器中的供给电压失效的情况下。这可以通过一快速放电来实现。这种快速放电通常要求在五秒的最大的快速放电时间内完成，以便能。

14、够确保车辆的电运行安全性。 0006 出版物US 2005/0231171 A1公开了一种电驱动系统，具有一电机、一脉冲逆变器和一中间回路电容器。该中间回路电容器可以经由所述脉冲逆变器的一相应的开关运行来受控地放电。发明内容 0007 根据一个方面，本发明提出一种用于操控一逆变器的半导体开关的控制装置，具有一操控电路，其构造用于根据一通过所述逆变器的控制调节器所产的开关信号产生一驱动信号；以及一驱动电路，其耦合在所述操控电路和所述半导体开关的一控制输入端之间，并且其构造用于接收所述驱动信号并且根据所述驱动信号产生一操控所述半导体开关的控制信号并且供给到所述半导体开关的控制输入端。

15、中。其中，所述操控电路构造用于，将所述驱动信号作为一连串具有预设的且可调节的脉冲长度的驱动信号脉冲来产生，从而所述半导体开关在利用所述控制信号操控的情况下在所述脉冲长度期间没有完全导通说明书CN 103998281 A 2/7页 5 （leitfhig）。 0008 根据另一个方面，本发明提出一种用于n相电机的驱动系统，其中，n1，该驱动系统有一中间回路电容器，其与两个输入电压接口连接；一具有大量半导体开关的逆变器，所述逆变器与所述中间回路电容器耦合，从所述中间回路电容器中被供给电能并且构造用于产生一用于所述电机的n相的供给电压；大量的根据本发明的控制装置，它们分别构造用于产。

16、生一用于所述逆变器的半导体开关中的一个半导体开关的开关控制信号；以及一控制调节器，其与所述大量的控制装置耦合，并且其构造用于产生用于所述逆变器的半导体开关的开关信号。 0009 根据另一个方面，本发明提出一种用于操控逆变器的方法。具有：产生一用于所述逆变器的半导体开关中的至少一个半导体开关的驱动信号的步骤，其中，所述驱动信号具有一连串驱动信号脉冲；以及放大所述驱动信号用以产生一控制信号的步骤，所述控制信号操控所述至少一个半导体开关，其中，所述驱动信号脉冲分别具有一预设的且能调节的脉冲长度，从而所述半导体开关在利用所述控制信号操控的情况下在所述脉冲长度期间没有完全导通。 0010 。

17、发明优点本发明的观点在于，构造一种用于在一电运行车辆中的逆变器的半导体开关的控制装置，其可以转换一快速的或紧急放电，无需使用额外的用于放热的构件并且无需提高的电路费用。在此情况下，所述快速放电或紧急放电经由在所述逆变器中无论如何都存在的半导体开关来执行。由此取消了设置专用的紧急放电电路的必要性，这会带来巨大的成本节省和结构空间节省。 0011 本发明的一个优点是，构造有根据本发明的控制装置的逆变器包括大量的具有各两个半导体开关的桥支路，该逆变器能够以如下方式进行操控，使得一确定数量的桥支路的半导体开关中的一个半导体开关被“节拍式操控”，也就是说，所述操控信号由短的操控脉冲组成，。

18、所述操控脉冲的脉冲长度刚好选择得如此之短，使得所述半导体开关还没有完全导通地连接，而是短时间地处于闭塞状态（Sperrzustand）和导通状态（Leitzustand）之间的过渡状态中。因此，没有完全导通意味着，该导电性具有一个值，该值位于在打开的开关的情况下的导通性（Leitfhigkeit）的值和在闭合的开关的情况下的导通性的值之间，尤其具有所述开关在闭合状态下所具有的导通性的20%和80%之间的导通性。在该时间期间可以将来自所述中间回路电容器的能量在电流通过相应的半导体开关流动的情况下转化成热并且如此迅速地且有效地消退所述中间回路中的电压。这提供了如下优点，即联接到所述逆。

19、变器的输入接口上的中间回路电容器能够快速地且可靠地经由所述半导体开关放电，而通过该放电使得电流不会通过一联接的电机流动。 0012 在此情况下特别有利的是，一方面不必安装其它的用于使所述中间回路电容器放电的电路部件，这节省了位置和制造成本。另一方面，所述半导体开关总归是要特别好地热力地连接到周围环境上，从而所述中间回路电容器经由所述逆变器的放电不会引起所述驱动系统的过热。 0013 根据本发明的控制装置的一种实施方式，所述脉冲长度可以以如下方式进行调节，使得所述半导体开关在利用所述控制信号操控的情况下具有一预设的电流值。 0014 根据另一种实施方式，所述控制装置还可以具有一调节电路。

20、，其与所述操控电路说明书CN 103998281 A 3/7页 6 耦合，并且其构造用于产生一用于调节所述驱动信号的调节信号，并且供给到所述操控电路中。由此可以将所需的通过所述半导体开关的电流值有目的性地通过例如所述驱动信号脉冲的脉冲长度或所述驱动信号脉冲的振幅的影响来调节。 0015 根据本发明的控制装置的另一种实施方式，所述调节电路可以构造用于，检测一代表所述中间回路电压的第一测量信号，并且根据该第一测量信号产生一调节信号。因此可以根据所述中间回路电容器的充电状态的不同经由所述半导体开关中的一个或多个半导体开关来调节出一合适的放电模式。 0016 根据本发明的控制装置的另一。

21、种实施方式，所述调节电路可以与所述半导体开关的一电流传感器输出端耦合，并且构造用于检测一代表一通过所述半导体开关的电流的第二测量信号，并且根据该第二测量信号产生一调节信号。 0017 根据本发明的控制装置的另一种实施方式，所述驱动电路可以具有一用于产生所述控制信号的可调节的控制电阻，并且所述操控电路构造用于，根据所述调节信号产生一用于调节所述可调节的控制电阻的调整信号并且供给到所述驱动电路中。 0018 根据另一种实施方式，所述控制装置可以构造用于操控一IGBT开关。 0019 根据另一种实施方式，所述逆变器可以具有一半桥电路。在此情况下，所述操控电路构造用于利用所述驱动信号操控一半。

22、桥的半导体开关中的一个半导体开关并且持久地闭合所述半桥的半导体开关中的另外的半导体开关。这对于所述逆变器的一主动的短路而言是特别有利的，其中，来自所述中间回路电容器的能量能够在一电流通过一半桥的相应的半导体开关中的一个半导体开关流动的情况下被转化成热并且能够如此地迅速且有效地消退所述中间回路中的电压。 0020 根据一种实施方式，根据本发明的方法还可以具有：检测一代表所述中间回路电压的第一测量信号并且根据所述第一测量信号产生一用于调节所述驱动信号脉冲的脉冲长度的调节信号的步骤。 0021 根据另一种实施方式，根据本发明的方法还可以具有：检测一代表一通过所述至少一个半导体开关的电流。

23、的第二测量信号并且根据所述第二测量信号产生一用于调节所述驱动信号脉冲的脉冲长度的调节信号的步骤。附图说明 0022 本发明的实施方式的其它特征和优点从下面参照附图的描述中得出。 0023 其中: 图1 示出了根据本发明的一种实施方式的车辆的电驱动系统的示意图；图2 示出了根据本发明的另一种实施方式的用于半导体开关的控制装置的示意图；图3 示出了根据本发明的另一种实施方式的用于半导体开关的控制装置的示意图；图4 示出了根据本发明的另一种实施方式的用于半导体开关的控制装置的示意图；图5 示出了根据本发明的另一种实施方式的用于半导体开关的控制装置的示意图；图6 示出了根据本发明的另一种。

24、实施方式的用于半导体开关的控制装置的示意图；图7 示出了根据本发明的另一种实施方式的用于半导体开关的控制信号的信号图表的示意图；以及图8 示出了根据本发明的另一种实施方式的用于操控逆变器的方法的示意图。说明书CN 103998281 A 4/7页 7 具体实施方式 0024 图1示出了一车辆的电驱动系统100的示意图。该电驱动系统100包括两个输入接口T+和T-,它们可例如通过一能量储存装置例如高压蓄电池或所述车辆的电动车电池来供给高压。所述输入接口T+和T-与一直流电压中间回路连接，该直流电压中间回路具有一中间回路电容器2。该中间回路电容器2经由输出接口与一逆变器10、例如。

25、一脉冲逆变器10的输入接口连接。在图1中所示的具有所述中间回路电容器2和所述逆变器10的电压中间回路变流器是示例性地作为三相变流器示出的，也就是说，所述逆变器10包括三个分别具有两个半导体开关的桥支路。所述第一桥支路例如包括半导体开关1a和1d，所述第一桥支路例如包括半导体开关1b和1e，并且所述第三桥支路例如包括半导体开关1c和 1f。在此情况下，一个桥侧的半导体开关1a、1b、1c被称作高边开关，并且另一个桥侧的半导体开关1d、1e、1f被称作低边开关。在此情况下应该清楚的是，所述电压中间回路变流器的任何其它数量的桥支路或者相位同样是可以的，并且所述半导体开关1a至1f作为高边。

26、开关和低边开关的命名仅是示例性地选择的。 0025 在图1中示出的半导体开关1a至1f在此情况下可例如具有场效应晶体管（FETs）。在一种可能的实施方式中，所述半导体开关分别是IGBTs（绝缘栅双极型晶体管），但同样可以的是，其它的半导体开关以相应的形式设置，例如以JFETs（结型场效应晶体管）或MOSFETs（金属氧化物半导体场效应晶体管）。当所述半导体开关1a至1f具有IGBT开关时，可以设置成，针对所述IGBT开关中的每一个都反向并联一在图1中由于概览原因而未示出的二极管。 0026 所述电驱动系统100还具有一控制调节器50，其构造用于产生开关信号5a至5f，所述开关信号。

27、对所述半导体开关1a至1f的开关操控进行编码。在此情况下，当要打开所述半导体开关1a至1f时，所述开关信号5a至5f可以例如具有一逻辑低电平，并且当要闭合所述半导体开关1a至1f时，所述半导体开关1a至1f具有一逻辑高电平。所述控制调节器50将所述开关信号5a至5f供给到相应的控制装置4a至4f中，它们分别负责操控所述半导体开关1a至1f中的一个。下面阐述所述控制装置4a与配属的半导体开关1a的耦合，其中，其余控制装置4b至4f中的每一个都可以相应地耦合。 0027 所述控制装置4a具有一控制输出端，经由其可将一控制信号7a输出到所述半导体开关1a的控制输入端，用于控制所述半导体开。

28、关1a的运行。所述控制装置4a可以经由测量导线来检测测量信号8a和/或9a。所述测量信号8a可以例如说明一通过所述半导体开关1a的瞬时电流强度。为此，测量导线可以例如与所述半导体开关1a的一电流测量输出端耦合，其中，经由所述测量导线检测所述测量信号8a。所述测量信号9a可以例如说明一在所述半导体开关1a的连接接口处的瞬时电压。为此，测量导线可以例如与所述半导体开关1a的一集电极接口耦合，尤其当所述半导体开关1a是一IGBT开关时，其中，经由所述测量导线检测所述测量信号9a。在此情况下，所述测量信号9a可以代表在所述中间回路电容器2处的电压。 0028 图2至6示出了用于一半导体开。

29、关1的控制装置4的示意图。尤其在图2至6中更详细地示出了所述控制装置4a至4f和配属的半导体开关1a至1f的示例性的实施方式。在此，在图2至6中采用的附图标记可以分别设有字母a至f，用以表示在图1中所示的电说明书CN 103998281 A 5/7页 8 驱动系统100的各部件。 0029 一般来说，在图2至6中所示的控制装置4用于操控一半导体开关1、尤其一逆变器、例如图1中的逆变器10的半导体开关1。该半导体开关1在图2至6中示例性地作为 IGBT开关示出，其具有一集电极接口11、一发射极接口12、一栅极输入端或控制极输入端 13和一电流传感器输出端14。经由所述电流传感器输出端。

30、14可以输出一电流测量信号 9，其说明了一通过所述IGBT开关1流动的电流的电流强度。该IGBT开关1可以经由所述控制输入端13通过施加一相应的控制信号7利用一确定的电平以不同的运行模式来操控。在一开关运行中，所述IGBT开关1可以仅在一闭塞范围或饱和范围中运行，也就是说，所述 IGBT开关1要么完全闭塞要么完全导通。与此相反，在一线性运行或主动运行中，所述IGBT 开关1可以在一放大范围中运行，也就是说，一通过所述IGBT开关1的电流的电流强度与施加在所述控制接口上的电压成正比地或基本上成正比地标度。 0030 在图2中所示的示例性的实施方式中，所述控制装置4具有一操控电路16，其构造。

31、用于根据一通过一逆变器的控制调节器所产生的开关信号5产生一驱动信号18。在此情况下，在所述逆变器的通常的开关运行中所述驱动信号18可以基本上相应于所述开关信号 5。当要闭合所述IGBT开关1时，所述开关信号5可以例如具有一逻辑高电平，并且当要打开所述IGBT开关1时，所述开关信号具有一逻辑低电平。在此情况下任何其它的操控逻辑电路当然同样是可行的。在通常的开关运行中规定，所述IGBT开关1要么完全闭塞要么完全导通，从而所述开关信号5针对一预设的时间段维持各逻辑电平。 0031 此外，所述控制装置4包括一驱动电路15，其耦合在所述操控电路16和所述IGBT 开关1的一控制输入端13之间，。

32、并且其构造用于接收所述驱动信号18并且根据该驱动信号18产生一控制信号7，该控制信号操控所述IGBT开关1。然后，所述控制信号7通过所述驱动电路15被供给到所述IGBT开关1的控制输入端13中。为此，所述驱动电路15可以例如具有一内部的控制电阻或栅极电阻，经由其可调节为了产生所述控制信号7而对所述驱动信号18的放大。 0032 在所述逆变器的确定的运行模式中，可能需要进行所述中间回路的快速放电。利用所述控制装置4可以选择性地“节拍式操控（angetaktet）”一IGBT开关1，也就是说，在一脉冲运行中进行操控，在该脉冲运行中将所述操控脉冲供给到所述IGBT开关1的控制输入端13。

33、中，所述操控脉冲的持续时间如此之短，使得所述IGBT开关1还没有完全导通地连接，而是短时间地处于闭塞状态和导通状态之间的过渡状态中。在该时间期间可以将来自所述中间回路电容器的能量在电流通过所述半导体开关1流动的情况下转化成热并且如此迅速地且有效地消退所述中间回路中的电压。这能够实现尤其是在以如下方式操控的逆变器中的快速放电运行的调节，由此能够以有利的方式进行一供给所述逆变器的中间回路电容器、例如所述中间回路电容器1的快速放电。在此情况下特别有利的是，所述逆变器的已经存在的部件可以用于放电，而不必安装额外的电路或放电元件，例如可开关的电阻或类似装置。 0033 为了实现该运行模式，。

34、所述操控电路16可以构造用于，将所述驱动信号18作为一连串具有预设的且可调节的脉冲长度的驱动信号脉冲来产生，从而所述IGBT开关1在利用所述控制信号7操控的情况下在所述脉冲长度期间没有完全导通。一种示例性的用于这样的一连串驱动信号脉冲18k的可能性示意性地在图7中示出。所述驱动信号脉冲18k在此说明书CN 103998281 A 6/7页 9 分别具有一脉冲长度T。该脉冲长度T可以关于所述操控持续时间在所述IGBT开关1的通常的控制运行中很短。例如一IGBT开关1的开关持续时间可以为大致100s，在该开关持续时间期间，所述IGBT开关1在一正常运行中保持闭合或打开。所述脉冲长度。

35、T在该情况下可以为几个s，例如在0.2s和5s之间。在此情况下，所述脉冲长度T可以取决于所述IGBT开关1以及所述驱动电路15的物理参数。 0034 为了调节被供给到所述IGBT开关1的控制输入端13中的操控脉冲，可以额外地设置一调节电路17，其与所述操控电路16耦合，并且其构造用于产生一用于调节所述驱动信号18的调节信号19，并且供给到所述操控电路16中。这种调节电路17示例性地在图3 至6中示出。图3和5的调节电路17与图4和6的调节电路的不同之处在于，所述调节电路17构造用于检测一第一测量信号9，其代表所述中间回路电压，并且根据所述第一测量信号9产生所述调节信号19。在此情况。

36、下，所述第一测量信号9可以例如在所述IGBT开关 1的集电极接口11处被截获。与此相反，如在图4和6中所示，检测一第二测量信号8，其代表一通过所述半导体开关的电流，并且根据所述第二测量信号8产生所述调节信号19。为此，所述调节电路17可以与所述IGBT开关1的电流传感器输出端14耦合。替选地也可以实现，所述调节电路17不仅与所述电流传感器输出端14也与所述IGBT开关1的集电极接口11连接，并且不仅根据所述第一测量信号9而且也根据所述第二测量信号8产生所述调节信号19。 0035 在所有情况下，所述驱动信号脉冲18k的脉冲长度T经由所述调节信号19来调节。当例如所述中间回路电压不减。

37、小或以很小的尺度减小时，可以延长所述脉冲长度T。同样地，例如可以在一通过所述IGBT开关1的过高电流的情况下减小所述脉冲长度T。经由所述第一测量信号9可以例如在所述IGBT开关1接通的瞬间监控在所述IGBT开关1的集电极接口11上的中间回路电压的电压骤降。如果不存在电压骤降或所述电压骤降太低，则可以延长所述脉冲长度T。通常所述调节电路17的调节程序可以以一很小的脉冲长度T开始，用以避免所述IGBT开关1的过载且因此避免可能的损坏。 0036 所述调节电路17也可以可选地接收其它的外部参数6，所述参数被纳入到调节机制中。例如所述外部参数6可以包括所述IGBT开关1处的温度。 0037。

38、如在图5和6中示意性示出，除了所述调节电路17之外，可以通过所述操控电路 16产生一用于调节所述驱动电路15的一可调节的控制电阻的调整信号20并且供给到所述驱动电路15中。在此情况下，所述调整信号20可以例如根据所述调节信号19来产生。经由所述调整信号20可以选择性地提高所述驱动电路15的控制电阻的电阻值，从而可以减少供给到所述IGBT开关1的控制输入端13中的操控电压的值。在此情况下，所述控制电阻可以以任意的级来进行匹配，从而能够选择性地经由所述调节电路17来调节通过所述 IGBT开关1的电流。 0038 图8示出了一用于操控逆变器、尤其是在图1中所示的一电运行车辆的电驱动系统1。

39、00中的逆变器10的方法30的示意图。该方法30在第一步骤31中包括：产生一用于所述逆变器的半导体开关中的至少一个半导体开关的驱动信号，其中，所述驱动信号具有一连串驱动信号脉冲。然后，在第二步骤32中进行所述驱动信号的放大，用于产生一控制信号，该控制信号操控所述至少一个半导体开关。在此情况下，所述驱动信号脉冲分别具有一预设的且可调节的脉冲长度，从而所述半导体开关在利用所述控制信号操控的情况下在说明书CN 103998281 A 7/7页 10 所述脉冲长度期间没有完全导通。 0039 然后，在步骤33a和34a中可以可选地检测一第一测量信号，其代表所述中间回路电压，并且根据所述。

40、第一测量信号产生一用于调节所述驱动信号脉冲的脉冲长度的调节信号。替选地或附加地，可以在步骤33b和34b中检测一第二测量信号，其代表一通过所述至少一个半导体开关的电流，并且根据所述第二测量信号产生一用于调节所述驱动信号脉冲的脉冲长度的调节信号。 0040 所述方法30原则上可以在所述逆变器的任何运行模式下执行。尤其是所述方法 30可以在所述逆变器的通常的正常运行中执行。在该情况下可以例如在一空转模式中或在调节运行中对所述半导体开关中的应该处于闭合状态下的一个或多个半导体开关在该时间段期间进行脉冲地操控。然后，所述一个或多个半导体开关短时地有助于所述中间回路电容器的放电。在此情况下要。

41、注意的是，通过所述逆变器输出的电压信号不被歪曲或至少仅极小地被歪曲。 0041 在低转速电机的情况下例如在一永磁激励的同步机的情况下，在一空转模式中所述中间回路电压的减小就已经可以是有利的，用以避免在该同步机中的不希望的力矩的产生。在此情况下，所述中间回路电压可以例如利用所述方法30事先被减少到一与磁极转子电压相关的值上。 0042 但特别有利的是，所述方法30在所述逆变器的一“主动的短路”中执行，也就是说，在如下模式中，在该模式中所述电机的马达绕组在故障情况下能够可靠地被短路。例如可以在出现一故障，例如在所述控制调节器的电压供给失效的情况下，在车辆事故的情况下或在其它的危害所述。

42、电驱动系统的运行安全性的情况下，激活所述“主动的短路”，从而所述桥支路的一个桥侧的所有半导体开关、例如所述高边开关被置入到一闭合的状态中，并且所述桥支路的另一桥侧的所有半导体开关、例如所述低边开关被置入到一打开的状态中。不言而喻，所述高边开关和所述低边开关的操控可以分别反过来进行。由此可以安全且可靠地经由所述闭合的半导体开关来使所述电机短路。 0043 在状态“主动的短路”中分别打开的半导体开关、例如所述低边开关，可以代替在一持久打开的状态中经由所述方法30“节拍式操控”，也就是说，通过脉冲的操控运行分别被短时间地置入到闭塞性和导通性之间的状态中。由此一电流通过所述脉冲地操控的半导。

43、体开关流动，其电流强度例如可经由所述驱动信号脉冲的脉冲长度调节到一希望的值上。由此可以使所述中间回路电容器经由所述半导体开关在脉冲运行中放电。在此情况下所述半导体开关可以热力地连接到一冷却装置或所述电驱动系统的周围空气上，从而可以快速且可靠地输出在放电时所产生的热。原则上可以的是，根据所希望的放电持续时间的不同，将任意数量的半导体开关或桥支路纳入到快速放电运行中。说明书CN 103998281 A 10 1/7页 11 图 1 说明书附图CN 103998281 A 11 2/7页 12 图 2 说明书附图CN 103998281 A 12 3/7页 13 图 3 说明书附图CN 103998281 A 13 4/7页 14 图 4 说明书附图CN 103998281 A 14 5/7页 15 图 5 说明书附图CN 103998281 A 15 6/7页 16 图 6 说明书附图CN 103998281 A 16 7/7页 17 图 7 图 8 说明书附图CN 103998281 A 17 。

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