DE102020111576A1 - Schaltungsanordnung für einen Stromrichter, Stromrichter, elektrische Maschine und Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine - Google Patents

Schaltungsanordnung für einen Stromrichter, Stromrichter, elektrische Maschine und Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (300) für einen Stromrichter für eine elektrische Maschine, aufweisend: eine Leistungshalbbrücke mit einem High-Side-Leistungsschalter (161) und einem Low-Side-Leistungsschalter (162), eine Treibereinheit (210), die dazu eingerichtet ist, zumindest einen ersten Leistungsschalter, ausgewählt aus High-Side-Leistungsschalter (161) und Low-Side-Leistungsschalter (162), leitend- und sperrendzuschalten, einen Abschaltpfad (220) und einen Versorgungspfad (240), die derart ausgebildet sind, dass, wenn der Abschaltpfad (220) aktiviert wird, eine Versorgungsspannung (V2) über den Versorgungspfad (240) an einen Steueranschluss des ersten Leistungsschalters (162) angelegt wird, sodass dieser leitendgeschaltet wird, und einen redundanten Versorgungspfad (250), der derart ausgebildet ist, dass darüber eine Versorgungsspannung (V3) an den Steueranschluss des ersten Leistungsschalters (162) anlegbar ist, sodass dieser leitendgeschaltet wird, wenn der Abschaltpfad (220) aktiviert wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Stromrichter für eine elektrische Maschine, einen Stromrichter, eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine.
  • Stand der Technik
  • Elektrische Maschine, wie sie z.B. in Fahrzeugen bzw. Kraftfahrzeugen verwendet werden, können mittels eines Stromrichters (auch als Inverter bezeichnet) betrieben werden, und zwar in der Regel sowohl generatorisch als auch motorisch. Ein solcher Stromrichter weist hierzu in aller Regel pro Phase der elektrischen Maschine eine Leistungshalbbrücke mit einem High-Side-Leistungsschalter und einem Low-Side-Leistungsschalter (beides z.B. MOSFETs oder IGBTs) auf, um die Phasenwicklungen entsprechend bestromen zu können. Fremderregte Maschinen weisen zudem eine Möglichkeit auf, eine Rotor- bzw. Erregerwicklung zu bestromen.
  • Weiterhin verfügt ein solcher Stromrichter typischerweise über einen sog. Abschaltpfad, der es ermöglicht, alle Phasen gegen Masse oder gegen Versorgungsspannung kurzzuschließen. Dieses Vorgehen wird auch aktiver Phasenkurzschluss bezeichnet. Damit wird also, wenn der Abschaltpfad z.B. in einem Fehlerfall aktiviert wird, durch die elektrische Maschine kein Moment mehr erzeugt und es wird auch keine elektrische Energie mehr an das Bordnetz abgegeben. Es wird ein sicherer Zustand eingenommen.
  • Eine weitere Möglichkeit, einen sicheren Zustand einzunehmen, ist für den Fall einer fremderregten elektrischen Maschine, den Erregerstrom abzubauen. Dieses Vorgehen benötigt - zum Abbau des Erregerfeldes - allerdings deutlich mehr Zeit, was in vielen Fällen aus Gründen der Sicherheit nicht akzeptabel ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden eine Schaltungsanordnung für einen Stromrichter, ein Stromrichter, eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung für einen Stromrichter, die eine Leistungshalbbrücke mit einem High-Side-Leistungsschalter und einem Low-Side-Leistungsschalter sowie eine Treibereinheit, die dazu eingerichtet ist, zumindest einen ersten Leistungsschalter, ausgewählt aus High-Side-Leistungsschalter und Low-Side-Leistungsschalter (also den High-Side-Leistungsschalter oder den Low-Side-Leistungsschalter oder beide), leitend- und sperrendzuschalten, also ein- und auszuschalten. Bei den Leistungsschaltern kann es sich z.B. um MOSFETs oder IGBTs handeln, bei der Treibereinheit entsprechend um einen Gate-Treiber.
  • Außerdem weist eine solche Schaltungsanordnung, wie auch eingangs schon erwähnt, einen Abschaltpfad und einen Versorgungspfad auf, die derart ausgebildet sind, dass, wenn der Abschaltpfad aktiviert wird, eine Versorgungsspannung über den Versorgungspfad an einen Steueranschluss (z.B. einem Gate-Anschluss) des ersten Leistungsschalters (also des High-Side- oder des Low-Side-Leistungsschalter, je nachdem welcher über die Treibereinheit angesteuert wird; falls beide angesteuert werden, einer davon) angelegt wird, sodass dieser leitendgeschaltet wird.
  • Zweckmäßig dabei ist, wenn die Treibereinheit mit dem Steueranschluss des ersten Leistungsschalters verbunden ist, wobei der Abschaltpfad derart ausgebildet ist, dass, wenn dieser aktiviert wird, die Treibereinheit von dem Steueranschluss des ersten Leistungsschalters getrennt wird. Der Abschaltpfad kann dabei derart ausgebildet sein, dass dieser durch Ändern eines daran anliegenden Spannungspegels aktiviert wird. Üblich ist es auch, dass in einem solchen Fall, d.h. bei Trennen bzw. Ausschalten der Treibereinheit, zunächst der andere Leistungsschalter sperrendgeschaltet bzw. geöffnet wird, bevor der betreffende Leistungsschalter leitendgeschaltet wird. Hierzu kann eine separate, geeignete Schaltung vorgesehen sein.
  • An dieser Stelle sei erwähnt, dass unter einem Abschaltpfad auch diejenigen Schaltungsbestandteile verstanden werden können, die - bei Anlegen eines bestimmten Spannungspegels an einem Punkt des Abschaltpfads - zur Leitendschaltung des ersten Leistungsschalters führen. Insofern kann der Versorgungspfad ggf. auch zum Abschaltpfad gezählt werden, was für die Funktionsweise jedoch unerheblich ist.
  • Mittels eines solchen Abschaltpfads kann also bei Bedarf bzw. im Fehlerfall der betreffende Leistungsschalter leitendgeschaltet werden. Es versteht sich, dass für eine elektrische Maschine pro Phase in der Schaltungsanordnung bzw. im Stromrichter jeweils eine Leistungshalbbrücke vorzusehen ist, im Falle einer dreiphasigen elektrischen Maschine also drei Leistungshalbbrücken. Hier können dann pro Leistungshalbrücke jeweils eine Treibeinheit und auch jeweils ein Abschaltpfad und Versorgungspfad vorgesehen sein.
  • Zweckmäßig ist es aber auch, wenn z.B. mittels der Treibereinheit mehrere oder alle Leistungsschalter angesteuert werden (mit dann jeweils separaten Ansteuerleitungen), sodass auch der Abschaltpfad und der Versorgungspfad auf diese Leistungsschalter verzweigt werden können, sodass letztlich sämtliche High-Side-Leistungsschalter oder aber sämtliche Low-Side-Leistungsschalter zugleich leitend geschaltet werden können, um den eingangs erwähnten aktiven Phasenkurzschluss herbeizuführen.
  • Wenngleich auf diese Weise zwar nun grundsätzlich im Bedarfs- bzw. Fehlerfall ein aktiver Phasenkurzschluss herbeigeführt werden kann, können trotzdem immer noch Fehler auftreten, z.B. kann im Versorgungspfad eine Unterbrechung oder ein Kurzschluss nach Masse auftreten, oder die Versorgungsspannung kann ausfallen. Dies würde dazu führen, dass trotz Aktivierens des Abschaltpfads der betreffende Leistungsschalter nicht (mehr) leitendgeschaltet werden kann.
  • hier zunächst verallgemeinert beide Varianten aus der IDF-01303 und der IDF-01304
  • Vor diesem Hintergrund wird im Rahmen der Erfindung nun vorgeschlagen, dass die Schaltungsanordnung weiterhin einen redundanten Versorgungspfad aufweist, der derart ausgebildet ist, dass darüber, wenn der Abschaltpfad aktiviert wird, eine Versorgungsspannung an den Steueranschluss des ersten Leistungsschalters anlegbar ist, sodass dieser leitendgeschaltet wird.
  • Wenn also im (primären) Versorgungpfad z.B. eine Unterbrechung oder ein Massekurzschluss auftritt, liegt trotzdem über den redundanten Versorgungspfad eine nötige Versorgungsspannung an dem Steueranschluss des ersten Leistungsschalters an, um letztlich den gewünschten aktiven Phasenkurzschluss herbeizuführen.
    hier dann konkreter die Variante aus der IDF-01304:
  • Für den (primären) Versorgungspfad und den redundanten Versorgungspfad können beispielsweise verschiedene Versorgungsspannungen, die darüber dann jeweils an den Steueranschluss des ersten Leistungsschalters angelegt werden, verwendet werden. Unter verschiedenen Versorgungsspannungen sind dann z.B. verschiede Abgriffspunkte mit z.B. auch verschiedenen Spannungshöhen innerhalb der Schaltungsanordnung oder auch verschiedene Anschlusspins an dem Stromrichter zu verstehen.
  • Grundsätzlich möglich ist aber auch, dass für den (primären) Versorgungspfad und den redundanten Versorgungspfad dieselbe Versorgungsspannung, sprich z.B. derselbe Abgriffspunkt innerhalb der Schaltungsanordnung, verwendet wird. Die nötige Redundanz wird durch die getrennt verlaufenden Versorgungspfade erreicht.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der redundante Versorgungspfad derart ausgebildet ist, dass die Versorgungsspannung darüber aktiv, insbesondere mittels eines Schalters (z.B. eines MOSFETs oder anderen Transistors) im redundanten Versorgungspfad, an den Steueranschluss des ersten Leistungsschalters anlegbar ist. Hier kann dann z.B. ein Mikrocontroller vorgesehen sein, der dazu eingerichtet ist, die Versorgungsspannung aktiv, insbesondere mittels des Schalters, an den Steueranschluss des ersten Leistungsschalters anzulegen. Damit ist es möglich, den redundanten Versorgungspfad nur bei Bedarf zuzuschalten.
  • Alternativ ist es auch bevorzugt, dass der redundante Versorgungspfad derart ausgebildet ist, dass die Versorgungsspannung darüber dauerhaft mit dem Steueranschluss des ersten Leistungsschalters verbunden ist. Hier kann dann eine Diode oder ein sog. Flyback-Konverter (bzw. Sperrwandler) verwendet werden, um unerwünschte Ausgleichsströme zu vermeiden.
    jetzt die Variante aus der IDF-01303:
  • Alternativ zu der Variante, wonach der redundante Versorgungspfad und der (primären) Versorgungspfad gleichartig ausgebildet sind, ist es auch besonders bevorzugt, wenn die Schaltungsanordnung einen elektrischen Energiespeicher wie z.B. einen Kondensator aufweist, der im redundanten Versorgungspfad angeordnet ist.
  • Ein Aufladen des Energiespeichers kann beispielsweise aus dem Versorgungspfad erfolgen. Dies bewirkt, dass bei regulärem Betrieb der Schaltungsanordnung der elektrische Energiespeicher durch die am Versorgungspfad anliegende Versorgungsspannung geladen wird. Solange es keine Unterbrechung im Versorgungspfad gibt, kann auf die eingangs beschriebene Weise durch Aktivieren des Abschaltpfads die Versorgungsspannung an den Steueranschluss des ersten Leistungsschalters angelegt werden, damit dieser leitendgeschaltet wird. Wenn jedoch eine Unterbrechung im Versorgungspfad auftritt oder die Versorgungsspannung ausfällt, übernimmt der (dann aufgeladene) elektrische Energiespeicher die Funktion der Versorgungsspannung und bewirkt bei einem Aktivieren des Abschaltpfads, dass eine Versorgungsspannung (nämlich aus dem elektrischen Energiespeicher) an den Steueranschluss des ersten Leistungsschalters angelegt wird, sodass dieser leitendgeschaltet wird.
  • Auch mit dieser Variante kann also auch im Falle einer Unterbrechung des Versorgungspfads oder eines Ausfalls der (eigentlichen) Versorgungsspannung ein aktiver Phasenkurzschluss herbeigeführt werden. Es versteht sich, dass aufgrund einer begrenzten Kapazität des elektrischen Energiespeichers der erste Leistungsschalter nur für eine begrenzte Zeit leitendgeschaltet werden kann. Durch geeignete Dimensionierung kann jedoch erreicht werden, dass der aktive Phasenkurzschluss zumindest solange aufrechterhalten wird, bis - im Falle einer fremderregten elektrischen Maschine - der Erregerstrom (hinreichend) abgebaut worden ist. Im Vergleich zu der zuvor beschriebenen Variante sind jedoch weniger zusätzliche Komponenten in der Schaltungsanordnung nötig.
  • Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Stromrichter mit einer erfindungsgemäß Schaltungsanordnung und zwar insbesondere mit jeweils einer Leistungshalbbrücke pro Phase für die anzusteuernde elektrische Maschine, wie vorstehend erläutert.
  • Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator sowie einem erfindungsgemäßen Stromrichter. Entsprechend weist der Stator dann Phasenwicklungen auf. Bevorzugt ist es auch, wenn die elektrische Maschine als fremderregte elektrische Maschine ausgebildet ist.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, bei dem in einem Fehlerfall aktiv ein Phasenkurzschluss herbeigeführt wird, indem der Abschaltpfad aktiviert wird.
  • Hinsichtlich der weiteren Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen des Stromrichters, der elektrischen Maschine sowie des Verfahrens sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen verwiesen, die hier entsprechend gelten.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße elektrische Maschine in einer bevorzugten Ausführungsform.
    • 2 zeigt schematisch einen Stromrichter in einer bevorzugten Ausführungsform.
    • 3 zeigt schematisch eine nicht erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.
    • 4 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer bevorzugten Ausführungsform.
    • 5 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
    • 6 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • In 1 ist grob schematisch eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 100 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, die auch einen erfindungsgemäßen Stromrichter 150 in einer bevorzugten Ausführungsform aufweist.
  • Die elektrische Maschine 100, die insbesondere in motorischem und generatorischem Betrieb verwendet werden kann, besonders bevorzugt auch in einem sog. Boost-Rekuperations-System (d.h. zur Energierückgewinnung und Antriebsunterstützung), weist einen Läufer bzw. Rotor 110 auf, der beispielsweise eine Läufer- bzw. Erregerwicklung 111 oder Permanentmagnete zur Erzeugung eines Magnetfelds aufweist. Entsprechend ist auch ein Ständer bzw. Stator 120 gezeigt, der hier nur schematisch dargestellte Ständer- bzw. Phasenwicklungen 121 aufweist.
  • In 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Stromrichter 150 in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt, wie er auch bei der elektrischem Maschine 100 gemäß 1 verwendet werden kann.
  • Der Stromrichter 150 weist beispielhaft drei Leistungshalbbrücken 160 auf, die für drei Phasen U, V, W einer elektrischen Maschine vorgesehen sind und entsprechend anzubinden sind. Jede der drei Leistungshalbbrücken weist einen High-Side-Leistungsschalter 161 und einen Low-Side-Leistungsschalter 162 auf, die hier als MOSFETs ausgebildet sind und bei denen jeweils ein Gate- bzw. Steueranschluss mit G, ein Drain-Anschluss mit D und ein Source-Anschluss mit S bezeichnet sind.
  • Grob schematisch sind zudem eine als Gate-Treiber ausgebildete Ansteuereinheit 210 sowie ein Abschaltpfad 220 angedeutet, wobei mittels der Ansteuereinheit 210 die Gate- bzw. Steueranschlüsse G von High-Side-Leistungsschalter 161 und Low-Side-Leistungsschalter 162 von zumindest einer der Leistungshalbbrücken 160 ansteuerbar sind, sodass diese gezielt leitendgeschaltet und sperrendgeschaltet werden können. Mittels des Abschaltpfads kann die Ansteuereinheit deaktiviert werden und beispielsweise die Low-Side-Leistungsschalter 162 können leitendgeschaltet werden, um aktiv einen Phasenkurzschluss herbeizuführen.
  • Ansteuereinheit 210 und Abschaltpfad 220 sind hier beispielhaft zusammen mit einer der Leistungshalbbrücken 160 Teil einer Schaltungsanordnung 300, bei der es sich um eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer bevorzugten Ausführungsform handeln kann. Für eine detailliertere Ansicht und Beschreibung sei hierzu auf die nachfolgenden Figuren sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen, insbesondere auch hinsichtlich des redundanten Versorgungspfads, der in 2 nicht explizit gezeigt ist.
  • In 3 ist schematisch eine nicht erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 200 dargestellt, anhand welcher jedoch der grundsätzliche Aufbau und die grundsätzliche Funktionsweise einer Schaltungsanordnung, wie sie auch für die Erfindung relevant sind, erläutert werden soll.
  • Wie in 2 sind hier auch der High-Side-Leistungsschalter 161 und der Low-Side-Leistungsschalter 162 gezeigt sowie die Ansteuereinheit 210, wobei hiermit beispielhaft nur der Low-Side-Leistungsschalter 162 angesteuert, d.h. leitend- und sperrendgeschaltet werden kann, wozu dessen Gate- bzw. Steueranschluss G über eine Steuerleitung 211 und einen Schalter 222 mit der Ansteuereinheit 210 verbunden ist. Durch Verändern des Potentials an G erfolgt die Umschaltung, wobei vorliegend der Schalter 162 leitet, wenn die Gate-Source-Spannung UGS größer als die Schwellenspannung ist. Solange der Schalter 222 leitet, folgt der Schalter 162 den Vorgaben der Ansteuereinheit 210.
  • Der Abschaltpfad 220 weist nun einen Schalter 221, z.B. einen MOSFET, auf, der vorliegend normalsperrend ausgebildet ist und nur bei Anliegen einer negativen Gate-Source-Spannung leitet. Damit liegt im Normalfall eine Versorgungsspannung V2, die mittels eines DC-DC- bzw. Gleichspannungswandlers aus einer Bordnetzspannung V1 von z.B. 48V gewonnen werden kann und z.B. 15 V beträgt, an einem Gate- bzw. Treiberanschluss des Schalters 222 an, so dass dieser leitet.
  • Wenn nun der Abschaltpfad aktiviert wird, indem eine negative Gate-Source-Spannung an den Schalter 221 angelegt wird, , wird der Schalter 221 leitendgeschaltet bzw. geschlossen, wodurch die Versorgungsspannung, die am Gate- bzw. Steueranschluss des Schalters 222 anliegt, auf Masse gezogen wird. Damit wird der Schalter 222 sperrendgeschaltet bzw. geöffnet, sodass eine Ansteuerung des Low-Side-Leistungsschalters 161 mittels der Ansteuereinheit 210 nicht mehr möglich ist.
  • Vielmehr liegt jetzt die Versorgungsspannung V2 über den Versorgungspfad 240 an dem Gate- bzw. Steueranschluss des Low-Side-Leistungsschalters 162 an, wodurch dieser leitendgeschaltet wird. Damit kann - bei entsprechender Ansteuerung der übrigen Low-Side-Leistungsschalter (vgl. hierzu 2) - durch Aktivieren des Abschaltpfads 220 ein aktiver Phasenkurzschluss herbeigeführt werden.
  • Die (elektrischen) Widerständen R1, R2 und R3 können beispielsweise die Werte 5 kOhm, 50 kOhm und 200 Ohm aufweisen, sodass die gewünschte Funktionalität der Schaltungsanordnung 200 erreicht wird. Es versteht sich jedoch, dass dies nur rein beispielhaft ist und auch andere geeignete Werte verwendet werden können. Gleiches gilt für die hier Spannungshöhen V1 und V2.
  • Bei der gezeigten Schaltungsanordnung 200 kann jedoch bei Ausfall der Versorgungsspannung V2 oder bei Unterbrechung oder Kurzschluss des Versorgungspfads 240 der Low-Side-Leistungsschalter 162 nicht mehr leitendgeschaltet werden.
  • In 4 ist nun eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 300 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Der grundlegende Aufbau entspricht dabei der Schaltungsanordnung 200 gemäß 3, sodass insofern auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Gleiche Komponenten sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Neben einer Diode 241 im Versorgungspfad 240 ist ein redundanter Versorgungspfads 250 mit einer darin vorgesehen Diode 251 vorgesehen, mit dem eine Versorgungsspannung V3 von z.B. 12 V an den Gate- bzw. Steueranschluss des Low-Side-Leistungsschalters 162 angelegt werden kann, um den Low-Side-Leistungsschalter 162 leitend zu schalten, wenn der Abschaltpfad 220 aktiviert wird. Der redundante Versorgungspfads 250 ist damit gleichartig mit dem (primären) Versorgungspfad 240 ausgebildet.
  • Bei einem Ausfall der Versorgungsspannung V2 oder bei Unterbrechung oder Kurzschluss des Versorgungspfads 240 kann damit der Low-Side-Leistungsschalter 162 weiterhin leitendgeschaltet werden. Die Dioden 241, 251 verhindern ungewollte Ausgleichsströme.
  • In 5 ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 400 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Der grundlegende Aufbau entspricht dabei der Schaltungsanordnung 300 gemäß 4, sodass insofern auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Gleiche Komponenten sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Allerdings sind hier zusätzlich ein PMIC („Power Management Integrated Circuit“) 215 und ein Mikrocontroller 216 zur Ansteuerung der Treibereinheit 210 gezeigt. Zudem kann damit beispielhaft nicht nur der Low-Side-Leistungsschalter 162 angesteuert werden, sondern auch der High-Side-Leistungsschalter 161. Der Abschaltpfad 220 und der (primäre) Versorgungspfad 240 sind hier gemeinsam dargestellt, sodass nur die Funktionalität, aber nicht die konkrete Verschaltung gezeigt ist. Vorzugsweise erfolgt im Fehlerfall das Schließen der Low-Side-Leistungsschalter 162 zeitlich nach dem Öffnen der High-Side-Leistungsschalter 161.
  • Ergänzend ist im redundanten Versorgungspfad 250 nun ein Schalter 252, z.B. ein MOSFET, vorgesehen, der mittels des Mikrocontrollers 216 bei Bedarf, wenn z.B. ein Fehler im (primären) Versorgungspfad 240 erkannt wird, geschlossen werden kann, sodass dann die Versorgungsspannung V3 an den Gate- bzw. Steueranschluss des Low-Side-Leistungsschalters 162 angelegt werden kann.
  • Die Zuschaltung des redundanten Versorgungspfads 250 kann alternativ auch das Verwenden einer Diode oder eines sog. Flyback-Konverters erfolgen, auch eine dauerhafte Anbindung ist denkbar.
  • In 6 ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 500 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Der grundlegende Aufbau entspricht dabei der Schaltungsanordnung 300 gemäß 4, sodass insofern auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Gleiche Komponenten sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Der redundante Versorgungspfad 250' ist hier jedoch nicht gleichartig mit dem (primären) Versorgungspfad 240 ausgebildet, sondern es ist ein als Kondensator ausgebildeter elektrischer Energiespeicher C vorgesehen, der in einem Bereich im redundanten Versorgungspfad 250' angeordnet ist, in dem der redundante Versorgungspfad 250' getrennt vom Versorgungspfad 240 verläuft. Der Kondensator C ist dann über einen Teil des redundanten Versorgungspfads 250' mit dem Versorgungspfad 240 und darüber mit der daran anliegenden Versorgungsspannung V2 verbunden. Mit anderen Worten ist der Kondensator C an den Versorgungspfad 240 und an die darüber anliegende Versorgungsspannung V2 angeschlossen und parallel zur Gate-Source-Strecke des Low-Side-Leistungsschalters 162 (und hier noch dem Widerstand R3) geschaltet bzw. angeordnet.
  • Der Kondensator C wird zunächst bei regulärem Betrieb mittels der Versorgungsspannung V2 geladen. Bei einem Ausfall der Versorgungsspannung V2 oder bei Unterbrechung oder Kurzschluss des Versorgungspfads 240 stellt dann aber der Kondensator eine Spannung bzw. Versorgungsspannung bereit, womit der Low-Side-Leistungsschalter 162 weiterhin leitendgeschaltet werden, jedenfalls für eine gewisse Zeit lang. Die Diode 241 verhindert ein Entladen des Kondensators C in den Versorgungspfad 240.
  • Es versteht sich, dass ein redundanter Versorgungspfad 250' mit Kondensator C auch als noch zusätzlicher redundanter Abschaltpfad in der Ausführungsform gemäß 4 vorhanden sein kann.

Claims (13)

  1. Schaltungsanordnung (300, 400, 500) für einen Stromrichter (150) für eine elektrische Maschine (100), aufweisend: - eine Leistungshalbbrücke (160) mit einem High-Side-Leistungsschalter (161) und einem Low-Side-Leistungsschalter (162), - eine Treibereinheit (210), die dazu eingerichtet ist, zumindest einen ersten Leistungsschalter, ausgewählt aus High-Side-Leistungsschalter (161) und Low-Side-Leistungsschalter (162), leitend- und sperrendzuschalten, - einen Abschaltpfad (220) und einen Versorgungspfad (240), die derart ausgebildet sind, dass, wenn der Abschaltpfad (220) aktiviert wird, eine Versorgungsspannung (V2) über den Versorgungspfad (240) an einen Steueranschluss des ersten Leistungsschalters (162) angelegt wird, sodass dieser leitendgeschaltet wird, und - einen redundanten Versorgungspfad (250, 250'), der derart ausgebildet ist, dass darüber eine Versorgungsspannung (V2, V3) an den Steueranschluss des ersten Leistungsschalters (162) anlegbar ist, sodass dieser leitendgeschaltet wird, wenn der Abschaltpfad (220) aktiviert wird.
  2. Schaltungsanordnung (300, 400) nach Anspruch 1, wobei der redundante Versorgungspfad (250) derart ausgebildet ist, dass die Versorgungsspannung (V3) darüber aktiv, insbesondere mittels eines Schalters (252) im redundanten Versorgungspfad (250), an den Steueranschluss des ersten Leistungsschalters (162) anlegbar ist.
  3. Schaltungsanordnung (400) nach Anspruch 2, weiterhin mit einem Mikrocontroller (216), der dazu eingerichtet ist, die Versorgungsspannung (V3) aktiv, insbesondere mittels des Schalters (252), an den Steueranschluss des ersten Leistungsschalters (162) anzulegen.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der redundante Versorgungspfad derart ausgebildet ist, dass die Versorgungsspannung darüber dauerhaft mit dem Steueranschluss des ersten Leistungsschalters (162) verbunden ist.
  5. Schaltungsanordnung (500) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend einen elektrischen Energiespeicher (C) im redundanten Versorgungspfad (250').
  6. Schaltungsanordnung (500) nach Anspruch 5, wobei der elektrische Energiespeicher (C) im redundanten Versorgungspfad (250')aufladbar mit dem Versorgungspfad (240) und darüber mit der daran anliegenden Versorgungsspannung (V2) verbunden ist.
  7. Schaltungsanordnung (500) nach Anspruch 5 oder 6, wobei der elektrische Energiespeicher (C) als Kondensator ausgebildet ist.
  8. Schaltungsanordnung (300, 400, 500) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Treibereinheit (210) mit dem Steueranschluss des ersten Leistungsschalters (162) verbunden ist, und wobei der Abschaltpfad (220) derart ausgebildet ist, dass, wenn dieser aktiviert wird, die Treibereinheit (210) von dem Steueranschluss des ersten Leistungsschalters (162) getrennt wird.
  9. Schaltungsanordnung (300, 400, 500) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Abschaltpfad (220) derart ausgebildet ist, dass dieser durch Ändern eines daran anliegenden Spannungspegels aktiviert wird.
  10. Stromrichter (150) für eine elektrische Maschine, mit einer Schaltungsanordnung (300, 400, 500) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
  11. Elektrische Maschine (100) mit einem Rotor (110), einem Stator (120) und einem Stromrichter (150) nach Anspruch 10.
  12. Elektrische (100) Maschine nach Anspruch 11, die als fremderregte elektrische Maschine ausgebildet ist.
  13. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine (100) nach Anspruch 11 oder 12, wobei in einem Fehlerfall aktiv ein Phasenkurzschluss herbeigeführt wird, indem der Abschaltpfad (220) aktiviert wird.
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