DE102021112066A1 - Converter device and method for operating an inverter and motor vehicle with a converter device - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wandlervorrichtung (K) zum Betreiben eines Wechselrichters (I) in einem aktiven Kurzschlussbetrieb, wobei der Wechselrichter (I) Halbleiterschalter (SU1, SU2) mit einer jeweils zugeordneten Treiberschaltung (G) umfasst, und in dem Kurzschlussbetrieb ein vorbestimmtes Set der Treiberschaltungen (G) ausgebildet ist, den jeweils zugeordneten Halbleiterschalter (SU1, SU2) zum aktiven Kurzschließen von Phasen (U, V, W) des Wechselrichters (I) ansteuern. Dabei umfassen die Treiberschaltungen (G) jeweils eine integrierte Entsättigungserkennungsschaltung (E), die ausgebildet ist, einen vorbestimmten Entsättigungsstrom, der über den zugeordneten Halbleiterschalter (SU1, SU2) fließt, zu erkennen und ein sanftes Abschalten des Halbleiterschalters (SU1, SU2) durchzuführen. Eine Steuereinrichtung (M) der Wandlervorrichtung (K) ist in dem aktiven Kurzschlussbetrieb ausgebildet, in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Auslöseroutine für die dem vorbestimmten Set an Treiberschaltungen (G) zugeordneten Entsättigungserkennungsschaltungen (E) ein Vorliegen des Entsättigungsstroms zu simulieren und das sanfte Abschalten auszulösen.The invention relates to a converter device (K) for operating an inverter (I) in active short-circuit operation, the inverter (I) comprising semiconductor switches (SU1, SU2) each with an associated driver circuit (G), and in short-circuit operation a predetermined set of Driver circuits (G) is formed, the respectively assigned semiconductor switch (SU1, SU2) for actively short-circuiting phases (U, V, W) of the inverter (I) to control. The driver circuits (G) each have an integrated desaturation detection circuit (E) which is designed to detect a predetermined desaturation current flowing through the associated semiconductor switch (SU1, SU2) and to switch off the semiconductor switch (SU1, SU2) gently. A control device (M) of the converter device (K) is designed in the active short-circuit mode, depending on a predetermined triggering routine for the predetermined set of driver circuits (G) assigned desaturation detection circuits (E) to simulate the presence of the desaturation current and to trigger the soft shutdown.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wandlervorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Wandlervorrichtung.The invention relates to a converter device and a method for operating an inverter. The invention also relates to a motor vehicle with such a converter device.

Eine Wandlervorrichtung mit einem Wechselrichter wird zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug zum Betreiben eines elektrischen Antriebs oder einer E-Maschine eingesetzt. Der Wechselrichter kann somit ein sogenannter Traktionsinverter sein. Die Funktion des Wechselrichters ist es, aus einer elektrischen Gleichspannung, die zum Beispiel von einer Antriebsbatterie bereitgestellt wird, eine elektrische Wechselspannung zum Bereitstellen an die E-Maschine zu erzeugen, und umgekehrt. Zum Erzeugen der elektrischen Wechselspannung kann der Wechselrichter für jede der Phase der E-Maschine einen oder mehrere Halbleiterschalter, wie zum Beispiel einen MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) oder einen IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) aufweisen. Mittels einer Steuereinrichtung der Wandlervorrichtung können die Halbleiterschalter in einem Normalbetrieb nach einer vorbestimmten Schaltlogik in einem Schaltbetrieb betrieben werden. Zum Umsetzen des Schaltbetriebs kann jedem Halbleiterschalter eine Treiberschaltung zugeordnet sein. Die Treiberschaltung kann je nach Ausgestaltung des Halbleiterschalters ein Steuersignal zum Ansteuern einer Gate- oder Basiselektrode des Halbleiterschalters bereitstellen. Dadurch kann der angesteuerte Halbleiterschalter nach einem durch das Steuersignal vorgegebenen Taktmuster zwischen einem eingeschalteten und einem ausgeschalteten Schaltzustand abwechselnd geschaltet werden. In dem eingeschalteten Schaltzustand ist der jeweilige Halbleiterschalter geschlossen, sodass ein im Wesentlichen ungehinderter Stromfluss über einen von dem Halbleiterschalter bereitgestellten Kanal möglich ist. In dem ausgeschalteten Schaltzustand ist der jeweilige Halbleiterschalter geöffnet, sodass der Kanal einen im Wesentlichen unendlich hohen Widerstand bereitgestellt. Es fließt somit kein oder höchstens ein vernachlässigbar geringer Kanalstrom durch den Kanal.A converter device with an inverter is used, for example, in a motor vehicle to operate an electric drive or an electric machine. The inverter can thus be a so-called traction inverter. The function of the inverter is to generate an electrical AC voltage for supply to the electric machine from an electrical DC voltage that is provided, for example, by a drive battery, and vice versa. To generate the electrical alternating voltage, the inverter can have one or more semiconductor switches, such as a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor) or an IGBT (bipolar transistor with insulated gate electrode) for each phase of the electric machine. By means of a control device of the converter device, the semiconductor switches can be operated in a normal mode according to a predetermined switching logic in a switching mode. A driver circuit can be assigned to each semiconductor switch in order to implement the switching operation. Depending on the configuration of the semiconductor switch, the driver circuit can provide a control signal for driving a gate or base electrode of the semiconductor switch. As a result, the driven semiconductor switch can be switched alternately between an on and an off switching state according to a clock pattern predetermined by the control signal. In the switched-on switching state, the respective semiconductor switch is closed, so that a substantially unimpeded current flow is possible via a channel provided by the semiconductor switch. In the switched-off switching state, the respective semiconductor switch is open, so that the channel provides an essentially infinitely high resistance. Thus, no or at most a negligibly small channel current flows through the channel.

Neben dem zuvor beschriebenen Normalbetrieb können zum Beispiel verschiedene Fehlerbetriebsmodi für den Wechselrichter vorgesehen sein. In den Fehlerbetriebsmodi geht es insbesondere darum in einem Fehlerfall einen stabilen Zustand des Wechselrichters und/oder der angeschlossenen Komponenten zu realisieren. Als ein solcher Fehlerbetriebsmodus ist im kraftfahrzeugbereich zum Beispiel ein aktiver Kurzschlussbetrieb bekannt. Dabei werden durch passendes Durchschalten der Halbleiterschalter einige oder alle Phasen des Wechselrichters willentlich kurzgeschlossen. Dadurch kann ein Drehmoment der E-Maschine reduziert und ein sicherer Zustand des Kraftfahrzeugs eingestellt werden. Der aktive Kurzschluss kann durch unterschiedliche Schaltstellungen der Halbleiterschalter eines mehrphasigen Wechselrichters umgesetzt werden.In addition to the normal operation described above, various error operating modes can be provided for the inverter, for example. In the error operating modes, it is particularly important to achieve a stable state of the inverter and/or the connected components in the event of an error. Active short-circuit operation, for example, is known as such a fault operating mode in motor vehicles. In this case, some or all phases of the inverter are deliberately short-circuited by suitably switching through the semiconductor switches. As a result, a torque of the electric machine can be reduced and a safe state of the motor vehicle can be set. The active short circuit can be implemented by different switching positions of the semiconductor switches of a multi-phase inverter.

Ein System zum aktiven Kurzschließen von Phasen eines Wechselrichters für einen Kraftfahrzeugantrieb ist zum Beispiel aus der WO 2017/186436 A1 bekannt. Dabei wird eine Schutzschaltung eingesetzt, um Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters zum aktiven Kurzschließen direkt, also ohne Umwege über die Treiberschaltung, zu betätigen.A system for actively short-circuiting phases of an inverter for a motor vehicle drive is, for example, from WO 2017/186436 A1 known. A protective circuit is used to actuate the power semiconductor switch of the inverter for active short-circuiting directly, i.e. without going through the driver circuit.

Als ein weiterer Fehlerbetriebsmodus ist zum Beispiel eine sogenannte Entsättigungserkennung (engl.: Desaturation Detection) des Wechselrichters bekannt. Diese wird zum Beispiel eingesetzt, um einen tatsächlichen Kurzschluss eines jeweiligen Halbleiterschalters zu erkennen und den betroffenen Schalter zu abzuschalten. Bei einem tatsächlichen Kurzschluss können über den jeweiligen Halbleiterschalter mehrere 10.000 A fließen. Deshalb ist es notwendig den betroffenen Halbleiterschalter im Vergleich zu dem Normalbetrieb langsam oder sanft aus- oder abzuschalten. So kann eine Abschaltüberspannung an dem Halbleiterschalter vermieden werden, um vor einer Beschädigung des Wechselrichters zu schützen. Für die Entsättigungserkennung kann beispielsweise in die Treiberschaltung eine Entsättigungserkennungsschaltung integriert sein, die das sanfte Abschalten durchführen kann.A so-called desaturation detection of the inverter, for example, is known as a further error operating mode. This is used, for example, to detect an actual short circuit in a respective semiconductor switch and to switch off the affected switch. In the event of an actual short circuit, several 10,000 A can flow through the respective semiconductor switch. It is therefore necessary to switch off or switch off the affected semiconductor switch slowly or gently compared to normal operation. A turn-off overvoltage at the semiconductor switch can thus be avoided in order to protect against damage to the inverter. For the desaturation detection, a desaturation detection circuit can be integrated into the driver circuit, for example, which can perform the soft switch-off.

Eine solche Treiberschaltung mit integrierter Entsättigungserkennung ist zum Beispiel als fertiges Bauteil von verschiedenen Herstellern bekannt. Zum Beispiel stellt der Hersteller Analog Devices unter der Teilenummer ADuM4135 einen entsprechenden isolierten Hochspannungs-IGBT-Gate-Treiber her.Such a driver circuit with integrated desaturation detection is known, for example, as a finished component from various manufacturers. For example, the manufacturer Analog Devices makes a corresponding high-voltage isolated IGBT gate driver under part number ADuM4135.

Eine Entsättigungsschaltung für einen IGBT ist zum Beispiel auch aus der DE 10 2005 045 099 A1 bekannt.A desaturation circuit for an IGBT is also known, for example, from DE 10 2005 045 099 A1 known.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, im aktiven Kurzschlussbetrieb eines Wechselrichters eine Verlustleistung zu reduzieren.It is the object of the present invention to reduce power loss in active short-circuit operation of an inverter.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.This object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Further possible configurations of the invention are disclosed in the dependent claims, the description and the figures.

Die Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, dass zum Reduzieren der Verlustleistung die integrierte Entsättigungserkennungsschaltung der Treiberschaltung genutzt werden kann, um im aktiven Kurzschluss das sanfte Abschalten der Halbleiterschalter zu ermöglichen.In this case, the invention is based on the knowledge that, in order to reduce the power loss, the integrated desaturation detection circuit of the driver circuit can be used in order to enable the semiconductor switches to be switched off gently in the active short circuit.

Dazu ist in der Erfindung eine Wandlervorrichtung zum Betreiben eines Wechselrichters in einem aktiven Kurzschlussbetrieb vorgesehen. Der Wechselrichter umfasst dabei Halbleiterschalter mit einer jeweils zugeordneten Treiberschaltung. In dem Kurzschlussbetrieb ist ein vorbestimmtes Set, also eine Auswahl aus einigen der Treiberschaltungen, ausgebildet, den jeweils zugeordneten Halbleiterschalter zum aktiven Kurzschließen von Phasen des Wechselrichters anzusteuern. Zum aktiven Kurzschließen können somit einige oder mehrere der Halbleiterschalter durchgeschaltet, also für einen vorbestimmten Zeitraum geschlossen, werden. Es kann ein vorbestimmter Kurzschlussstrom als Kanalstrom über einen von dem jeweiligen Halbleiterschalter bereitgestellten Kanal fließen. Aufgrund eines Innenwiderstandes des jeweiligen Halbleiterschalters im geschlossenen Zustand, kommt es zur Erwärmung der durchgeschalteten Schalter. Es entstehen Wärmeverluste. Mit der Zeit kann es sogar zur Überhitzung und dann zum Defekt des Halbleiterschalters kommen.For this purpose, the invention provides a converter device for operating an inverter in an active short-circuit mode. In this case, the inverter comprises semiconductor switches with a respectively associated driver circuit. In the short-circuit mode, a predetermined set, that is to say a selection from some of the driver circuits, is designed to control the respectively assigned semiconductor switch for actively short-circuiting phases of the inverter. For active short-circuiting, one or more of the semiconductor switches can thus be switched through, that is to say closed for a predetermined period of time. A predetermined short-circuit current can flow as a channel current via a channel provided by the respective semiconductor switch. Due to an internal resistance of the respective semiconductor switch in the closed state, the switched-through switch heats up. Heat losses occur. Over time, the semiconductor switch can even overheat and then become defective.

Um solche Wärmeverluste oder einen Bauteildefekt zu vermeiden, werden die Halbleiterschalter in dem Kurzschlussbetrieb in der Regel nach einiger Zeit abgeschaltet, also geöffnet. Wird das Abschalten jedoch wie im eingangs beschriebenen Normalbetrieb schnell, also zum Beispiel innerhalb von wenigen Nanosekunden durchgeführt, kann es zu der eingangs beschriebenen Abschaltüberspannung an dem jeweiligen Halbleiterschalter kommen. Dadurch kann die Überhitzung noch beschleunigt und der Defekt des jeweiligen Halbleiterschalters noch schneller herbeigeführt werden.In order to avoid such heat losses or a component defect, the semiconductor switches are generally switched off after some time in short-circuit operation, ie opened. However, if the shutdown is carried out quickly, as in the normal operation described at the outset, for example within a few nanoseconds, the shutdown overvoltage described at the outset can occur at the respective semiconductor switch. As a result, the overheating can be accelerated and the defect in the respective semiconductor switch can be brought about even more quickly.

Die Idee ist es nun, eine integrierte Entsättigungserkennungsschaltung der jeweiligen Treiberschaltung zu nutzen, um solche Abschaltüberspannungen zu vermeiden und dadurch eine Verlustleistung im aktiven Kurzschlussbetrieb zu reduzieren. Eine solche integrierte Entsättigungserkennungsschaltung ist, wie eingangs beschrieben, normalerweise dazu ausgebildet, einen vorbestimmten Entsättigungsstrom, der bei einem tatsächlichen Kurzschluss über den zugeordneten Halbleiterschalter fließt, zu erkennen und daraufhin ein sanftes Abschalten des jeweiligen Halbleiterschalters durchzuführen oder auszulösen. Im Gegensatz zu dem aktiven Kurzschließen der Phasen durch Durchschalten der Halbleiterschalter, geht es bei dem tatsächlichen Kurzschluss insbesondere um einen durch einen Bauteildefekt des jeweiligen Halbleiterschalters ausgelösten Kurzschluss des Halbleiterschalters. Dementsprechend ist der vorbestimmte Entsättigungsstrom sehr viel höher, als der vorbestimmte Kurzschlussstrom beim aktiven Kurzschluss. Zum Beispiel kann der vorbestimmte Entsättigungsstrom im Bereich von zehntausend bis mehreren zehntausend Ampere liegen, während der aktive Kurzschlussstrom viel mehr im Bereich von tausend oder mehreren tausend Ampere liegen kann.The idea is now to use an integrated desaturation detection circuit of the respective driver circuit in order to avoid such turn-off overvoltages and thereby reduce power loss in active short-circuit operation. As described at the outset, such an integrated desaturation detection circuit is normally designed to detect a predetermined desaturation current that flows through the associated semiconductor switch in the event of an actual short circuit, and then to perform or trigger a gentle shutdown of the respective semiconductor switch. In contrast to the active short-circuiting of the phases by switching on the semiconductor switches, the actual short circuit is in particular a short circuit in the semiconductor switch triggered by a component defect in the respective semiconductor switch. Accordingly, the predetermined desaturation current is much higher than the predetermined short-circuit current in the case of an active short-circuit. For example, the predetermined desaturation current may be in the range of tens of thousands to tens of thousands of amperes, while the active short circuit current may be in the many thousands or several thousand amperes range.

Erreicht der Kanalstrom den vorbestimmten Entsättigungsstrom, kann die Entsättigungserkennungsschaltung das sanfte Abschalten auslösen. Das sanfte Abschalten wird auch als Soft-Off bezeichnet, wobei hierbei im Vergleich zu einem Normalbetrieb eine Ausschaltzeit des jeweiligen Halbleiterschalters verlängert wird. Mit Ausschaltzeit ist dabei eine Zeitspanne von einem Startzeitpunkt des Abschaltens bis zu einem Endzeitpunkt zu dem der vollständig abgeschaltete Schaltzustand erreicht ist, gemeint. Insbesondere kann die Ausschaltzeit im Vergleich zum Normalbetrieb von wenigen Nanosekunden auf einige Hundert Nanosekunden bis hin zu einigen Mikrosekunden verlängert werden.When the channel current reaches the predetermined desaturation current, the desaturation detection circuit can trigger the soft turn-off. Gentle switching off is also referred to as soft-off, in which case a switch-off time of the respective semiconductor switch is lengthened in comparison to normal operation. The switch-off time means a period of time from the start time of the switch-off to an end point in time at which the completely switched-off switching state is reached. In particular, the turn-off time can be extended from a few nanoseconds to a few hundred nanoseconds to a few microseconds compared to normal operation.

Um die Entsättigungserkennungsschaltung nun nicht nur beim Vorliegen des Entsättigungsstroms, sondern auch beim Vorliegen des aktiven Kurzschlussstroms nutzen zu können, ist die erfindungsgemäße Wandlervorrichtung um eine Steuereinrichtung erweitert. Die Steuereinrichtung ist in dem aktiven Kurzschlussbetrieb ausgebildet, in Abhängigkeit von einer vorbestimmen Auslöseroutine für die dem vorbestimmten Set an Treiberschaltungen zugeordneten Entsättigungserkennungsschaltungen ein Vorliegen oder Fließen des Entsättigungsstroms zu simulieren und dadurch das sanfte Abschalten auszulösen. Es geht also darum, die Entsättigungserkennungsschaltung auszulösen, ohne dass der vorbestimmte Entsättigungsstrom tatsächlich über den Kanal fließt. Der Entsättigungsstrom wird somit für die Entsättigungserkennungsschaltung vorgetäuscht oder nachgebildet. Dazu kann die Entsättigungserkennungsschaltung zum Beispiel mit einem Simulationssignal beaufschlagt werden, sodass es für die Entsättigungserkennungsschaltung scheint, als ob der Entsättigungsstrom über den Kanal fließt.In order to be able to use the desaturation detection circuit not only when the desaturation current is present, but also when the active short-circuit current is present, the converter device according to the invention is expanded by a control device. In the active short-circuit mode, the control device is designed to simulate the presence or flow of the desaturation current as a function of a predetermined triggering routine for the desaturation detection circuits assigned to the predetermined set of driver circuits and thereby trigger the soft shutdown. So the point is to trigger the desaturation detection circuit without the predetermined desaturation current actually flowing through the channel. The desaturation current is thus simulated or simulated for the desaturation detection circuit. For this purpose, a simulation signal can be applied to the desaturation detection circuit, for example, so that it appears to the desaturation detection circuit as if the desaturation current is flowing through the channel.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Abschaltüberspannung beim Betreiben des Wechselrichters im aktiven Kurzschlussbetrieb an dem jeweiligen Halbleiterschalter vermieden und dadurch erhöhte Wärmeverluste verhindert werden können. Zudem kann dadurch auch ein Defekt des jeweiligen Halbleiterschalters verhindert werden. Durch Nutzen der integrierten Entsättigungserkennungsschaltung kann zudem eine bereits vorhandene Baugruppe in herkömmlichen Treiberschaltungen oder Gatetreibern genutzt werden. Es entstehen somit keine signifikanten Mehrkosten bei der Umsetzung.This results in the advantage that a turn-off overvoltage when the inverter is operated in active short-circuit operation at the respective semiconductor switch can be avoided and increased heat losses can be prevented as a result. In addition, a defect in the respective semiconductor switch can also be prevented as a result. By using the integrated desaturation detection circuit, an existing assembly can also be used in conventional driver circuits or gate drivers. There are therefore no significant additional costs for implementation.

Die erfindungsgemäße Wandlervorrichtung kann zum Beispiel in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, um einen elektrischen Antrieb (E-Maschine, Elektromotor) anzutreiben. Das Kraftfahrzeug kann somit ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug sein. Bei einem derartigen Nutzen des Wechselrichters als ein Traktionsinverter für die E-Maschine kann der Kurzschlussstrom im aktiven Kurzschluss zum Beispiel von einem in einer Motorspule der E-Maschine gespeicherten Spulenstrom abhängen. Entsprechend kann sich auch die vorgenannte Abschaltüberspannung beim Abschalten des jeweiligen Halbleiterschalters in Abhängigkeit von Energiespeichereigenschaften der Motorspule einstellen. Insbesondere ist die Abschaltüberspannung nämlich proportional zu einer Stromänderungsgeschwindigkeit, die wiederum proportional zu dem von der jeweiligen Motorspule verzögert abgegebenen Spulenstrom ist.The converter device according to the invention can be used, for example, in an on-board network of a motor vehicle in order to drive an electric drive (electric machine, electric motor). The motor vehicle can thus be an electric vehicle or a hybrid vehicle. With such a use of the inverter as a traction inverter for the e-machine, the short-circuit current in the active short-circuit can depend, for example, on a coil current stored in a motor coil of the e-machine. Accordingly, the aforementioned turn-off overvoltage can also occur when the respective semiconductor switch is turned off, depending on the energy storage properties of the motor coil. In particular, the turn-off overvoltage is namely proportional to a rate of current change, which in turn is proportional to the coil current output with a delay by the respective motor coil.

Als Halbleiterschalter können in der Wandlervorrichtung zum Beispiel MOSFETs oder IGBTs oder sonstige bekannte elektronische Schalter eingesetzt werden. Zum Bilden des Wechselrichters können die Halbleiterschalter zum Beispiel in einer Brückenschaltung in bekannte Weise miteinander verschaltet sein. Zum Beispiel können die Halbleiterschalter in einer sogenannten B6-Brücke miteinander verschaltet sein. Je nach Ausgestaltung des Halbleiterschalters kann der vorgenannte Kanal zum Beispiel ein leitfähiger oder zum Leiten von Strom steuerbarer Abschnitt sein. Der Kanal kann zum Beispiel zwischen einem Drain- und Source-Anschluss oder einem Kollektor- und Emitter-Anschluss bereitgestellt sein.For example, MOSFETs or IGBTs or other known electronic switches can be used as semiconductor switches in the converter device. To form the inverter, the semiconductor switches can be connected to one another in a known manner, for example in a bridge circuit. For example, the semiconductor switches can be interconnected in a so-called B6 bridge. Depending on the configuration of the semiconductor switch, the aforementioned channel can be a conductive section or a section that can be controlled to conduct current. The channel may be provided between a drain and source terminal or a collector and emitter terminal, for example.

Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben. In den folgenden Ausführungsformen geht es nun zunächst um die vorgenannte Auslöseroutine, die zum Simulieren des Entsättigungsstroms durchgeführt wird.The invention also includes embodiments that result in additional advantages. In the following embodiments, the focus is now first on the aforementioned triggering routine, which is carried out to simulate the desaturation current.

Dazu ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, gemäß der Auslöseroutine das sanfte Abschalten bei Erreichen einer vorgegebenen Durchschaltzeit der Halbleiterschalter, die im Kurzschlussbetrieb zum Kurzschließen der Phasen angesteuert sind, auszulösen. Es geht also darum, dass die im Kurzschlussbetrieb geschlossenen oder durchgeschalteten Halbleiterschalter nach einer fixen oder vorgegebenen Zeitspanne (Durchschaltzeit) sanft abgeschaltet werden. Die Durchschaltzeit gibt somit ein Zeitintervall vor, in dem die Halbleiterschalter in dem Kurzschlussbetrieb geschlossen sind. Außerhalb des Zeitintervalls sind die Schalter geöffnet. Die Durchschaltzeit kann zum Beispiel wenige Millisekunden betragen. Zum Beispiel kann die Durchschaltzeit in Testversuchen für verschiedene Wechselrichtertypen ermittelt werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Set an Halbleiterschaltern, die im aktiven Kurzschluss durchgeschaltet sind, zuverlässig abgeschaltet werden kann.For this purpose, one embodiment provides that the control device is designed to trigger the soft shutdown according to the triggering routine when a predetermined on-time of the semiconductor switches, which are activated in short-circuit operation for short-circuiting the phases, is reached. It is therefore a question of the semiconductor switches that are closed or switched through in short-circuit operation being switched off gently after a fixed or specified period of time (switching-through time). The on-time thus specifies a time interval in which the semiconductor switches are closed in the short-circuit mode. Outside the time interval, the switches are open. The switching time can be a few milliseconds, for example. For example, the switch-on time can be determined in tests for different inverter types. This results in the advantage that the set of semiconductor switches that are switched through in the active short circuit can be reliably switched off.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung gemäß der Auslöseroutine ausgebildet ist, einen jeweiligen Betriebswert derjenigen Halbleiterschalter zu erfassen, die im Kurzschlussbetrieb zum Kurzschließen der Phasen angesteuert sind. Weiterhin ist die Steuereinrichtung ausgebildet, den jeweiligen Betriebswert mit einem vorgegebenen Defektwert zu vergleichen und in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichs das sanfte Abschalten auszulösen. Gemäß der Auslöseroutine kann dementsprechend vorgesehen sein, dass das sanfte Abschalten ausgelöst wird, wenn der Betriebswert den vorgegebenen Defektwert erreicht oder den Defektwert überschreitet.In a further embodiment, it is provided that the control device is designed according to the triggering routine to detect a respective operating value of those semiconductor switches which are activated in short-circuit operation for short-circuiting the phases. Furthermore, the control device is designed to compare the respective operating value with a predefined defect value and to trigger the soft shutdown as a function of a result of the comparison. According to the triggering routine, provision can accordingly be made for the soft shutdown to be triggered when the operating value reaches the predefined defect value or exceeds the defect value.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein passender Zeitpunkt für das sanfte Abschalten abhängig von tatsächlichen Betriebsparametern des Wechselrichters gewählt wird. Es kann also ein zu frühes oder zu spätes Abschalten vermieden werden. Dadurch kann das sanfte Abschalten im Kurzschlussbetrieb zuverlässig umgesetzt werden. Der Betriebswert ist insbesondere ein Parameter des Halbleiterschalters durch den auf den möglichen Defekt oder die Verlustleistung rückgeschlossen werden kann. Der Defektwert kann ein Wert sein bei dem noch oder gerade noch ein bestimmungsgemäßer oder defektfreier Betrieb des Halbleiterschalters möglich ist. Der Defektwert kann zum Beispiel von einem Hersteller vorgegeben oder in Testversuchen ermittelt werden.This results in the advantage that a suitable point in time for the gentle shutdown is selected depending on the actual operating parameters of the inverter. Switching off too early or too late can therefore be avoided. As a result, soft shutdown in short-circuit operation can be reliably implemented. The operating value is in particular a parameter of the semiconductor switch from which conclusions can be drawn about the possible defect or the power loss. The defect value can be a value at which proper or defect-free operation of the semiconductor switch is still or just possible. The defect value can be specified by a manufacturer, for example, or can be determined in test trials.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Betriebswert in einer ersten Variante eine Temperatur des jeweiligen Halbleiterschalters Demensprechend kann der vorgegebene Defektwert ein Temperaturwert sein. Typischerweise kann eine Temperatur, die zum Defekt eines Halbleiterschalters führt, zum Beispiel zwischen 150° bis 200 C liegen. Entsprechend kann der Defektwert in Abhängigkeit von diesem Wertebereich gewählt werden.According to a further embodiment, the operating value is a temperature of the respective semiconductor switch in a first variant. Accordingly, the predefined defect value can be a temperature value. Typically, a temperature that leads to the failure of a semiconductor switch can be between 150° and 200° C., for example. Correspondingly, the defect value can be selected as a function of this value range.

In einer zweiten Variante dieser Ausführungsform ist der Betriebswert eine Gesamtstromstärke ist, die für eine jeweilige Dauer des Kurzschlussbetriebs an dem jeweiligen Halbleiterschalter bereitgestellt ist. Mit der Dauer des Kurzschlussbetriebs ist dabei insbesondere eine bisherige Durchschaltzeit des jeweiligen Halbleiterschalters, der im Kurzschlussbetrieb zum Kurzschließen der Phasen angesteuert ist, gemeint. Die Gesamtstromstärke kann zum Beispiel durch Integrieren des jeweiligen Kanalstroms des Halbleiterschalters in der bisherigen Durchschaltzeit bestimmt werden.In a second variant of this embodiment, the operating value is a total current strength that is provided for a respective duration of the short-circuit operation at the respective semiconductor switch. In this case, the duration of the short-circuit operation means, in particular, a previous on-state time of the respective semiconductor switch, which is activated in the short-circuit operation for short-circuiting the phases. The total current strength can be determined, for example, by integrating the respective channel current of the semiconductor switch in the previous turn-on time.

Zum Erfassen oder Messen des Betriebswerts kann die Wandlervorrichtung zum Beispiel eine entsprechende Messeinrichtung umfassen. Die Messeinrichtung kann zum Beispiel ein Temperatursensor oder ein Stromsensor sein.In order to record or measure the operating value, the converter device can include a corresponding measuring device, for example. the Measuring device can be, for example, a temperature sensor or a current sensor.

In der folgenden Ausführungsform geht es nun darum, wie mittels der Wandlervorrichtung der Kurzschlussbetrieb ausgelöst oder eingeleitet werden kann. Gemäß der Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ausgebildet, den Kurzschlussbetrieb in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Sicherheitssignal einzuleiten und das vorbestimmte Set an Treiberschaltungen auszuwählen und zum Kurzschließen der Phasen anzusteuern. Die Wandlervorrichtung kann somit selbst mittels der zugeordneten Steuereinrichtung den aktiven Kurzschluss umsetzen.The following embodiment is now about how the short-circuit operation can be triggered or initiated by means of the converter device. According to the specific embodiment, the control device is designed to initiate short-circuit operation as a function of a predefined safety signal and to select the predetermined set of driver circuits and to control them for short-circuiting the phases. The converter device can thus convert the active short circuit itself by means of the assigned control device.

Das Sicherheitssignal kann zum Beispiel von einem Sicherheitsüberwachung (Safety Mechanism) in einem Bordnetz vorgegeben sein. Das Sicherheitssignal zeigt an, dass ein vorbestimmter Fehlerfall in der Wandlervorrichtung oder zum Beispiel einer mit der Wandlervorrichtung betriebenen E-Maschine eines Kraftfahrzeugs vorliegt und die Wandlervorrichtung in einen sicheren Zustand gebracht werden soll. Ein solcher Fehlerfall kann zum Beispiel ein detektierter Spannungseinbruch an einem Gate-Anschluss des Halbleiterschalters sein. Ein weiteres Beispiel für einen solchen Fehlerfall ist, wenn sich zum Beispiel der Hochvoltspeicher des Kraftfahrzeugs aufgrund eines Fehlers abschaltet.The safety signal can be specified, for example, by a safety monitor (safety mechanism) in an on-board electrical system. The safety signal indicates that there is a predetermined fault in the converter device or, for example, in an electric motor of a motor vehicle operated with the converter device, and the converter device is to be brought into a safe state. Such an error can be, for example, a detected voltage drop at a gate connection of the semiconductor switch. Another example of such an error is when the high-voltage battery of the motor vehicle switches off due to an error.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Halbleiterschalter jeder der Phasen in einer Brückenschaltung, insbesondere in einer Halbbrückenschaltung, miteinander verschaltet sind. Für jede der Phasen ist dabei ein Highside-Schalter und ein Lowside-Schalter bereitgestellt. Zum Einleiten des aktiven Kurzschlussbetriebs ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, als ein erstes Set an Treiberschaltungen, zuerst die Treiberschaltung der Lowside-Schalter zum aktiven Kurzschließen der Phasen anzusteuern und nach dem sanften Abschalten der Lowside-Schalter als ein zweites Set die Treiberschaltungen der Highside-Schalter zum aktiven Kurzschließen der Phasen anzusteuern.A further embodiment provides that the semiconductor switches of each of the phases are connected to one another in a bridge circuit, in particular in a half-bridge circuit. A high-side switch and a low-side switch are provided for each of the phases. To initiate the active short-circuit operation, the control device is set up, as a first set of driver circuits, first to control the driver circuit of the low-side switch for actively short-circuiting the phases and after the low-side switch has been switched off gently, as a second set, the driver circuits for the high-side switch for active short-circuiting of the phases.

Anders ausgedrückt, wird in dem Kurzschlussbetrieb zwischen zwei verschiedenen Sets an Halbleiterschaltern umgeschaltet. Die Lowside-Schalter und dementsprechend die zugeordneten Lowside-Treiberschaltungen bilden dabei ein erstes Set, während die Highside-Schalter und dementsprechend die Highside-Treiberschaltungen das zweite Set zum Kurzschließen der Phasen bilden. Der Kurzschlussstrom wird somit von den Lowside-Schaltern auf die Highside-Schalter kommutiert oder umgeschaltet.In other words, in the short-circuit operation, two different sets of semiconductor switches are switched over. The low-side switches and, accordingly, the associated low-side driver circuits form a first set, while the high-side switches and, accordingly, the high-side driver circuits form the second set for short-circuiting the phases. The short-circuit current is thus commutated or switched over from the low-side switches to the high-side switches.

Bei einem dreiphasigen Wechselrichter, wie es zum Beispiel bei Traktionsinvertern üblich ist, können die Halbleiterschalter zum Beispiel eine sogenannte B6-Brücke bilden. Die Halbleiterschalter können zum Beispiel als n-Kanal MOSFETs ausgebildet sein. Mit den Lowside-Schaltern sind dabei insbesondere diejenigen Halbleiterschalter in der Brückenschaltung gemeint, die direkt an einen gemeinsamen ersten Potentialanschluss angeschlossen sind. Der erste Potentialanschluss kann zum Beispiel ein Masseanschluss oder Erdungsanschluss sein. An dem Masseanschluss kann ein Erdungspotential oder Massepotential oder Minuspotential bereitgestellt werden. In einem Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs kann das Erdungspotential zum Beispiel durch ein Hochvoltminuspotential bereitgestellt sein. Entsprechend sind mit den Highside-Schaltern diejenigen Halbleiterschalter der Brückenschaltung gemeint, die direkt an einen gemeinsamen zweiten Potentialanschluss angeschlossen sind. Der zweite Potentialanschluss kann zum Beispiel ein Betriebspotentialanschluss oder Pluspotentialanschluss sein, an dem entsprechend ein jeweiliges Betriebspotential oder Pluspotential bereitgestellt werden kann. In dem Hochvoltbordnetz kann das Betriebspotential zum Beispiel als Hochvoltpluspotential bereitgestellt sein. In der Brückenschaltung sind der jeweilige Lowside-Schalter und der zugeordnete Highside-Schalter zudem über einen weiteren Anschlusspunkt aneinander angeschlossen. Der weitere Anschlusspunkt bildet einen Mittelabgriff oder Phasenanschluss der Brückenschaltung aus. Bei einem Traktionsinverter können an den jeweiligen Phasenanschluss zum Beispiel die Phasen eines elektrischen Antriebs angeschlossen sein.In the case of a three-phase inverter, as is customary in traction inverters, for example, the semiconductor switches can form a so-called B6 bridge, for example. The semiconductor switches can be in the form of n-channel MOSFETs, for example. In this case, the low-side switches mean in particular those semiconductor switches in the bridge circuit which are connected directly to a common first potential connection. The first potential connection can be a ground connection or ground connection, for example. A ground potential or ground potential or minus potential can be provided at the ground connection. In a high-voltage vehicle electrical system of a motor vehicle, the ground potential can be provided, for example, by a high-voltage negative potential. Correspondingly, the high-side switches mean those semiconductor switches of the bridge circuit that are connected directly to a common second potential connection. The second potential connection can be, for example, an operating potential connection or plus potential connection, at which a respective operating potential or plus potential can be provided accordingly. In the high-voltage vehicle electrical system, the operating potential can be provided as a high-voltage plus potential, for example. In the bridge circuit, the respective low-side switch and the associated high-side switch are also connected to one another via a further connection point. The other connection point forms a center tap or phase connection of the bridge circuit. In the case of a traction inverter, the phases of an electric drive, for example, can be connected to the respective phase connection.

Indem nun in dem aktiven Kurzschlussbetrieb zuerst von den Lowside-Schaltern auf die Highside-Schalter kommutiert oder umgeschaltet wird ergibt sich insbesondere bei Traktionsinvertern der Vorteil, dass eine zusätzliche galvanisch getrennte Signalübertragung für das sanfte Abschalten vermieden werden kann. Bei einem Traktionsinverter ist der Wechselrichter nämlich üblicherweise dem Hochvoltbordnetz des Kraftfahrzeugs zugeordnet, während die Steuersignale zum Betreiben des Wechselrichters aus einem Niedervoltbordnetz bereitgestellt werden. In dem Niedervoltbordnetz und dem Hochvoltbordnetz liegen dabei in bekannter Weise unterschiedliche Betriebsspannungen vor, sodass die Netze galvanisch zu trennen sind.By first commuting or switching over from the low-side switches to the high-side switches in the active short-circuit mode, there is the advantage, particularly in the case of traction inverters, that an additional galvanically isolated signal transmission for soft switching off can be avoided. In the case of a traction inverter, the inverter is usually assigned to the high-voltage vehicle electrical system of the motor vehicle, while the control signals for operating the inverter are provided from a low-voltage vehicle electrical system. In the known manner, different operating voltages are present in the low-voltage vehicle electrical system and the high-voltage vehicle electrical system, so that the networks must be electrically isolated.

Bei dem beschriebenen Kurzschlussbetrieb wird nun ausgenutzt, dass alle Lowside-Schalter über den Erdungsanschluss an ein gemeinsames stabiles Bezugspotential, vorliegend nämlich das Erdungs- oder Massepotential, geschaltet sind. Stabil kann bedeuten, dass dem Massepotential ein fester Wert zugeordnet ist, der auch bei einer elektrischen Belastung einer Schaltung unverändert bleibt. In der Regel ist dem Massepotential der Wert null zugeordnet. Im Gegensatz dazu ist das Bezugspotential für die Highside-Schalter durch ein jeweils am Phasenanschluss bereitgestelltes Potential vorgegeben. Dieses Phasenpotential ist jedoch instabil oder veränderbar. Das heißt, das Phasenpotential verändert seinen Wert mit der elektrischen Belastung und hängt zum Beispiel von einem Energieverbrauch der E-Maschine ab. Zudem ist das Phasenpotential von Phase zu Phase unterschiedlich, denn durch den Wechselrichter werden die Phasen der E-Maschine in bekannter Weise mit zueinander phasenverschobenen Wechselspannungssignalen beaufschlagt. Die Phasenpotentiale sind somit innerhalb der Phasen unabhängig voneinander und weisen zu einem gemeinsamen Zeitpunkt unterschiedliche Werte auf.In the short-circuit operation described, use is now made of the fact that all low-side switches are connected via the ground connection to a common, stable reference potential, namely the ground or ground potential in the present case. Stable can mean that the ground potential is assigned a fixed value that remains unchanged even when a circuit is subjected to an electrical load remains. As a rule, the value zero is assigned to the ground potential. In contrast to this, the reference potential for the high-side switches is specified by a potential provided at the phase connection in each case. However, this phase potential is unstable or changeable. This means that the phase potential changes its value with the electrical load and depends, for example, on the energy consumption of the electric machine. In addition, the phase potential differs from phase to phase, because the phases of the electric machine are subjected to phase-shifted AC voltage signals in a known manner by the inverter. The phase potentials are therefore independent of one another within the phases and have different values at a common point in time.

Um die Highside-Schalter mittels der Steuereinrichtung zum sanften Abschalten anzusteuern, wäre somit für jeden der Highside-Schalter eine separate oder eigens zugeordnete galvanische Trennung für die Signalübertragung notwendig. Indem aber stattdessen die Lowside-Schalter zum sanften Abschalten angesteuert werden, ist nur eine gemeinsame galvanische Trennung notwendig. Da eine galvanische Trennung in der Regel teuer ist, können somit auch Kosten zum Realisieren des aktiven Kurzschlussbetriebs eingespart werden. Für die galvanische Trennung kann zum Beispiel ein galvanisch isolierender Koppler (Iso-Koppler) eingesetzt werden.In order to actuate the high-side switches by means of the control device for gentle switching off, a separate or specially assigned galvanic isolation for the signal transmission would therefore be necessary for each of the high-side switches. However, since the low-side switches are controlled for gentle shutdown instead, only a common galvanic isolation is necessary. Since galvanic isolation is generally expensive, costs for implementing active short-circuit operation can also be saved. For example, a galvanically isolating coupler (iso coupler) can be used for galvanic isolation.

Insbesondere wird in dem Kurzschlussbetrieb nur genau einmal von den Lowside-Schaltern auf die Highside-Schalter umgeschaltet. Die Durchschaltzeit kann dabei, wie zuvor beschrieben, vorgegeben sein oder anhand des Betriebswerts festgelegt werden. Hierdurch ergibt sich auch der Vorteil, dass das thermische Verhalten der Wandlervorrichtung im aktiven Kurzschlussbetrieb signifikant verbessert werden kann. Dadurch, dass nämlich durch Umschalten die Durchschaltzeit für die Halbleiterschalter insgesamt sehr kurz ist, kann die Verlustenergie oder Verlustleistung lediglich durch die Wärmekapazität der Wandlervorrichtung oder einem Gehäuse für dem jeweiligen Schalter, gespeichert werden und erst anschließend über einen sehr viel längeren Zeitraum wieder abgegeben werden. Daher ist die Strategie die Verlustleistung zuerst durch Durchschalten der Lowside-Schalter solange in die Wärmekapazität der Lowside-Halbleiterschalter zu führen, bis diese zum Beispiel ihre thermische Grenze erreichen. Den Rest der Verlustleistung können dann die Highside-Schalter speichern. Im Anschluss, also nach Beendigung des Kurzschlussbetriebs, wenn der sichere Zustand des Kraftfahrzeugs erreicht ist, können sich alle Halbleiterschalter über bekannte, implementierten Entwärmungsmechanismen entwärmt werden. Dadurch kann insgesamt die Verlustleistung am einzelnen Halbleiterschalter halbiert werden, ohne signifikante Mehrkosten zu erzeugen. Somit können die Kosten für die Halbleiterschalter potentiell halbiert werden, da diese weniger teure Bauteile, wie zum Beispiel eine galvanische Trennung, benötigt. Das Verhalten im Normalbetrieb der Wandlervorrichtung oder der Entsättigungserkennung E wird zudem nicht (negativ) beeinflusst.In particular, in the short-circuit operation, there is only one changeover from the low-side switches to the high-side switches. As described above, the switch-through time can be specified or defined on the basis of the operating value. This also results in the advantage that the thermal behavior of the converter device can be significantly improved in active short-circuit operation. Because the turn-on time for the semiconductor switches is very short overall due to switching, the energy loss or power loss can only be stored by the thermal capacity of the converter device or a housing for the respective switch and only then released again over a much longer period of time. Therefore, the strategy is to first lead the power loss into the thermal capacity of the low-side semiconductor switches by switching on the low-side switches until they reach their thermal limit, for example. The high-side switches can then store the rest of the power loss. Subsequently, ie after the end of the short-circuit operation, when the safe state of the motor vehicle has been reached, all the semiconductor switches can be cooled using known, implemented cooling mechanisms. As a result, the total power loss at the individual semiconductor switch can be halved without generating significant additional costs. Thus, the costs for the semiconductor switches can potentially be halved, since they require less expensive components, such as galvanic isolation. In addition, the behavior during normal operation of the converter device or the desaturation detection E is not (negatively) influenced.

Im Gegensatz zu der vorgenannten Ausführungsform kann gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung beispielweise vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, als das erste Set an Treiberschaltungen, zuerst die Treiberschaltung der Highside-Schalter zum aktiven Kurzschließen der Phasen anzusteuern und nach dem sanften Abschalten der Highside-Schalter als zweites Set die Treiberschaltungen der Lowside-Schalter zum aktiven Kurzschließen der Phasen anzusteuern. In diesem Fall kann für jeden der Highside-Schalter, also für jede Phase des Wechselrichters eine separate galvanische Trennung für die Signalübertragung vorgesehen sein. Es kann somit eine kommunale galvanische Trennung realisiert sein. Um die separate galvanische Trennung zu vermeiden, können die Halbleiterschalter gemäß diesem Aspekt der Erfindung zum Beispiel als p-Kanal MOSFETs ausgeführt sein. Dann kann das Hochvoltpluspotential als stabiles Bezugspotential für die Highside-Schalter genutzt werden, während den Lowside-Schalter das veränderbare Phasenpotential als Bezugspotential zugeordnet wäre. Im Gegensatz zu n-Kanal MOSFETs weisen p-Kanal MOSFETs jedoch eine geringere Ladungsträgerbeweglichkeit auf, sodass die Ausgestaltung gemäß der obigen Ausführungsform bei Traktionsinvertern zu bevorzugen ist.In contrast to the aforementioned embodiment, according to another aspect of the invention, it can be provided, for example, that the control device is set up, as the first set of driver circuits, to first control the driver circuit of the high-side switch for actively short-circuiting the phases and then after gently switching off the high-side switches as a second set to control the driver circuits of the low-side switches for active short-circuiting of the phases. In this case, a separate galvanic isolation for signal transmission can be provided for each of the high-side switches, ie for each phase of the inverter. It can thus be realized a municipal galvanic isolation. In order to avoid the separate galvanic isolation, the semiconductor switches according to this aspect of the invention can be embodied as p-channel MOSFETs, for example. The high-voltage plus potential can then be used as a stable reference potential for the high-side switch, while the variable phase potential would be associated with the low-side switch as a reference potential. However, in contrast to n-channel MOSFETs, p-channel MOSFETs have a lower mobility of charge carriers, so that the configuration according to the above embodiment is preferable for traction inverters.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Wandlervorrichtung zum Simulieren des Vorliegens des Entsättigungsstroms eine Auslöseschaltung umfasst. Die Auslöseschaltung ist ausgebildet, die jeweilige Entsättigungserkennungsschaltung mit einem Simulationssignal zu beaufschlagen, um ein Steuersignal des jeweiligen Sets an Treiberschaltungen zum Durchschalten der zugeordneten Halbleiterschalter zu reduzieren und dadurch zu deaktivieren. Das Steuersignal kann zum Beispiel eine Steuerspannung oder ein Steuerstrom sein. Das heißt, durch das Simulationssignal kann das Steuersignal langsam abgebaut oder abgeschwächt werden solange bis der jeweilige Halbleiterschalter geöffnet oder ausgeschaltet ist.In a further embodiment it is provided that the converter device comprises a triggering circuit for simulating the presence of the desaturation current. The trigger circuit is designed to apply a simulation signal to the respective desaturation detection circuit in order to reduce and thereby deactivate a control signal of the respective set of driver circuits for switching through the associated semiconductor switches. The control signal can be a control voltage or a control current, for example. This means that the control signal can be slowly reduced or weakened by the simulation signal until the respective semiconductor switch is opened or switched off.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Abschaltdauer zum Durchführen des sanften Abschaltens derart gewählt ist, dass eine Kanalspannung, die beim Abschalten an dem jeweiligen Halbleiterschalter anliegt, kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert. Der vorgegebene Grenzwert kann zum Beispiel eine elektrische Spannung sein, die kleiner oder gleich als die vorgenannte Abschaltüberspannung ist. Die Abschaltdauer oder Ausschaltzeit kann zum Beispiel von einer Ausgestaltung der Entsättigungserkennungsschaltung abhängen. Somit kann vermieden werden, dass die Kanalspannung beim Abschalten des jeweiligen Halbleiterschalters die Abschaltüberspannung überschreitet. Der Gate-Treiber mit der Entsättigungserkennung kann somit nach einer jeweils bereitgestellten Abschaltzeit für den Soft-Off ausgewählt werden.A further embodiment provides that a switch-off duration for performing the soft switch-off is selected in such a way that a channel voltage which is present at the respective semiconductor switch when it is switched off is less than a predetermined limit value. The predetermined limit value can, for example, be an electrical span voltage that is less than or equal to the aforementioned switch-off overvoltage. The switch-off duration or switch-off time can depend on an embodiment of the desaturation detection circuit, for example. It can thus be avoided that the channel voltage exceeds the turn-off overvoltage when the respective semiconductor switch is turned off. The gate driver with the desaturation detection can thus be selected for the soft-off after a turn-off time provided in each case.

Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und einer Wandlervorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde. Dabei ist der elektrische Antrieb zum Betreiben an die Phasen des Wechselrichters der Wandlervorrichtung angeschlossen. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug dabei ein Bordnetz mit unterschiedlichen Betriebsspannungen oder Betriebspotentialen aufweisen. So kann das Bordnetz zum Beispiel in ein Niedervoltbordnetz und ein Hochvoltbordnetz eingeteilt sein. Der elektrische Antrieb und der Wechselrichter können dabei zum Beispiel dem Hochvoltbordnetz zugeordnet sein. Die Steuereinrichtung zum Betreiben des Wechselrichters kann hingegen dem Niedervoltbordnetz zugeordnet sein, wie es bei marktüblichen Elektrofahrzeugen der Fall ist. Dementsprechend kann die Treiberschaltung zum Betreiben der Halbleiterschalter des Wechselrichters eine galvanische Trennung umfassen.The invention also relates to a motor vehicle with an electric drive and a converter device as described above. In this case, the electric drive is connected to the phases of the inverter of the converter device for operation. In particular, the motor vehicle can have a vehicle electrical system with different operating voltages or operating potentials. For example, the vehicle electrical system can be divided into a low-voltage vehicle electrical system and a high-voltage vehicle electrical system. The electric drive and the inverter can be assigned to the high-voltage electrical system, for example. The control device for operating the inverter can, however, be assigned to the low-voltage vehicle electrical system, as is the case with commercially available electric vehicles. Accordingly, the driver circuit for operating the semiconductor switches of the inverter can include galvanic isolation.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Wandlervorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde. Zum Betreiben in dem aktiven Kurzschlussbetrieb können in dem Verfahren zum Beispiel folgende Schritte durchgeführt werden: Zunächst kann mittels der Steuereinrichtung in dem Kurzschlussbetrieb das vorbestimmte Set der Treiberschaltungen zum Ansteuern der jeweils zugeordneten Halbleiterschalter für das aktive Kurzschließen der Phasen ausgewählt und angesteuert werden. Anschließend kann mittels der Steuereinrichtung gemäß der vorbestimmten Auslöseroutine für die dem vorbestimmten Set an Treiberschaltungen zugeordnete Entsättigungserkennungsschaltung das Vorliegen des Entsättigungsstroms simuliert und dadurch das sanfte Abschalten ausgelöst werden.The invention also relates to a method for operating a converter device as described above. To operate in the active short-circuit mode, the following steps can be carried out in the method, for example: First, in the short-circuit mode, the predetermined set of driver circuits for controlling the respectively assigned semiconductor switches for the active short-circuiting of the phases can be selected and controlled by means of the control device. The presence of the desaturation current can then be simulated by means of the control device according to the predetermined triggering routine for the desaturation detection circuit assigned to the predetermined set of driver circuits, and the soft switch-off can be triggered as a result.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention can result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description and the features and feature combinations shown below in the description of the figures and/or in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the invention to leave.

Die Zeichnung zeigt in:

• 1 ein schematisches Prinzipschaltbild einer Wandlervorrichtung, die zum Betreiben eines Wechselrichters in einem aktiven Kurzschlussbetrieb durch Nutzen einer in einer Treiberschaltung integrierte Entsättigungserkennungsschaltung ausgebildet ist; und
• 2 ein schematisches Prinzipschaltbild der Treiberschaltung mit der integrierten Entsättigungserkennungsschaltung.

The drawing shows in:

• 1 a schematic basic circuit diagram of a converter device, which is designed to operate an inverter in an active short-circuit operation by using a desaturation detection circuit integrated in a driver circuit; and
• 2 a schematic circuit diagram of the driver circuit with the integrated desaturation detection circuit.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols.

1 zeigt ein schematisches Prinzipschaltbild einer Wandlervorrichtung K zum Betreiben eines Wechselrichters I in einem aktiven Kurzschlussbetrieb. Der Wechselrichter I weist mehrere Phasen U, V, W auf und kann zum Beispiel als Traktionsinverter zum Antreiben einer elektrischen Maschine oder E-Maschine eines Kraftfahrzeugs (in 1 nicht dargestellt) eingesetzt werden. Zur besseren Übersicht ist in 1 nur die Phase U des Wechselrichters I mit einer zugehörigen Motorspule L der E-Maschine dargestellt. 1 shows a schematic basic circuit diagram of a converter device K for operating an inverter I in an active short-circuit mode. The inverter I has several phases U, V, W and can be used, for example, as a traction inverter to drive an electric machine or e-machine of a motor vehicle (in 1 not shown) are used. For a better overview, in 1 only the phase U of the inverter I is shown with an associated motor coil L of the electric machine.

Zum Betreiben der E-Maschine kann mit dem Wechselrichter I eine aus einer Antriebsbatterie bereitgestellten elektrischen Gleichspannung eine elektrische Wechselspannung zum Beaufschlagen der Motorspule L erzeugt werden. Dazu umfasst der Wechselrichter I in jeder der Phasen U, V, W Halbleiterschalter SU1, SU2. Vorliegend sind die Halbeiterschalter SU1, SU2 dabei in einer Halbbrückenschaltung zwischen einem Pluspotential und einem Minuspotential in einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs angeschlossen. Die E-Maschine und der Wechselrichter I sind in einem Hochvoltbordnetz des Kraftfahrzeugs verortet. Dementsprechend ist das Pluspotential vorliegend als Hochvoltpluspotential HV+ und das Minuspotential vorliegend als Hochvoltminuspotential HV- dargestellt. Über einen Mittelabgriff der Halbbrückenschaltung ist die jeweilige Motorspule L an die jeweils zugeordnete Phase U, V, W angeschlossen.To operate the electric machine, an electrical DC voltage provided from a drive battery can be generated with the inverter I to act on the motor coil L. For this purpose, the inverter I includes semiconductor switches SU1, SU2 in each of the phases U, V, W. In the present case, the semiconductor switches SU1, SU2 are connected in a half-bridge circuit between a plus potential and a minus potential in an on-board network of the motor vehicle. The electric machine and the inverter I are located in a high-voltage electrical system of the motor vehicle. Accordingly, the plus potential is shown here as a high-voltage plus potential HV+ and the minus potential here is shown as a high-voltage minus potential HV-. The respective motor coil L is connected to the respectively assigned phase U, V, W via a center tap of the half-bridge circuit.

Wie in 1 gezeigt ist der Halbleiterschalter SU1 zwischen dem Mittelabgriff und dem Hochvoltpluspotential HV+ angeschlossen und wird im Folgenden deshalb auch als Highside-Schalter bezeichnet. Der Halbleiterschalter SU2 ist zwischen dem Mittelabgriff und dem Hochvoltminuspotential HV- angeschlossen und wird im Folgenden deshalb auch als Lowside-Schalter bezeichnet. Die Halbleiterschalter SU1, SU2 sind vorliegend beispielhaft als sogenannte MOSFETs (Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren), insbesondere als selbstleitende n-Kanal MOSFETs, dargestellt. Genauso gut wäre aber auch eine Ausgestaltung als IGBTs (bipolare Transistoren mit isolierter Gate-Elektrode) oder ein anderer beliebiger elektronischer Schalter denkbar.As in 1 shown, the semiconductor switch SU1 is connected between the center tap and the high-voltage plus potential HV+ and is therefore also referred to below as a high-side switch. The semiconductor switch SU2 is connected between the center tap and the high-voltage negative potential HV- and is therefore also referred to below as a low-side switch. The semiconductor switches SU1, SU2 are shown here by way of example as so-called MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors), in particular as self-conducting n-channel MOSFETs. Would be just as good however, an embodiment as IGBTs (bipolar transistors with insulated gate electrodes) or any other electronic switch is also conceivable.

Um die elektrische Wechselspannung zum Betreiben der E-Maschine zu erzeugen, werden die Halbleiterschalter SU1, SU2 des Wechselrichters I in einem Normalbetrieb in bekannter Weise in einem Schaltbetrieb nach einem vorbestimmten Schaltmuster betrieben. Mit Schaltbetrieb ist dabei gemeint, dass die Halbleiterschalter SU1, SU2 von einem eingeschalteten in einen ausgeschalteten Schaltzustand und umgekehrt versetzt werden. Durch das Schaltmuster ist dabei eine jeweilige Einschaltdauer und eine jeweilige Ausschaltdauer in einem Schaltzyklus oder einer Schaltperiode des jeweiligen Halbleiterschalters SU1, SU2 vorgegeben. Zum Umsetzen des Schaltbetriebs ist jedem Halbleiterschalter SU1, SU2, wie in 1 gezeigt, eine Treiberschaltung G zugeordnet. Die Treiberschaltung G ist an einen jeweiligen Gate-Anschluss des Halbleiterschalters SU1, SU2 angeschlossen, sodass beim Ansteuern des Gate-Anschlusses mit einem passenden Steuersignal ein elektrischer leitfähiger Kanal zwischen einem Source-und-Drain-Anschluss des jeweiligen Halbleiterschalters SU1, SU2 entsteht. Im eingeschalteten oder durchgeschalteten Schaltzustand kann somit ein jeweiliger Kanalstrom iU1, iU2 über den jeweiligen Kanal des Halbleiterschalters SU1, SU2 fließen. Im ausgeschalteten oder abgeschalteten Schaltzustand ist hingegen kein Stromfluss über den jeweiligen Kanal möglich. Zum Betreiben der E-Maschine kann der jeweilige Kanalstrom iU1, iU2 dann als Spulenstrom iL an die Motorspule L bereitgestellt werden.In order to generate the electrical alternating voltage for operating the electric machine, the semiconductor switches SU1, SU2 of the inverter I are operated in a known manner in normal operation in a switching operation according to a predetermined switching pattern. Switching operation means that the semiconductor switches SU1, SU2 are switched from an on to an off switching state and vice versa. The switching pattern predetermines a respective switch-on time and a respective switch-off time in a switching cycle or a switching period of the respective semiconductor switch SU1, SU2. To implement the switching operation, each semiconductor switch SU1, SU2, as in 1 shown, a driver circuit G assigned. The driver circuit G is connected to a respective gate connection of the semiconductor switch SU1, SU2, so that when the gate connection is driven with a suitable control signal, an electrically conductive channel is created between a source and drain connection of the respective semiconductor switch SU1, SU2. In the switched-on or switched-through switching state, a respective channel current iU1, iU2 can thus flow via the respective channel of the semiconductor switch SU1, SU2. In the switched-off or switched-off switching state, on the other hand, no current flow is possible via the respective channel. To operate the electric machine, the respective channel current iU1, iU2 can then be made available to the motor coil L as a coil current iL.

In dem Normalbetrieb, also dem Schaltbetrieb, ist zum Vermeiden von Durchschaltverlusten darauf zu achten, eine jeweilige Ein- und Ausschaltzeit der Halbleiterschalter SU1, SU2 möglichst kurz zu halten. Mit Ein- und Ausschaltzeit ist dabei ein Intervall von einem Einschaltzeitpunkt bis zu einem vollständigen eingeschalteten Schaltzustand oder ein Intervall von einem Ausschaltzeitpunkt bis zu einem vollständig ausgeschalteten Schaltzustand gemeint. Üblicherweise liegt eine Ein- oder Ausschaltzeit bei Halbleiterschaltern SU1, SU2 für Traktionsinverter im Nanosekundenbereich. Das jeweilige Steuersignal der Treiberschaltungen G kann im Normalbetrieb zum Beispiel ein sogenanntes PWM-Signal (PWM: Pulsweitenmodulation) sein, durch welches das Taktmuster und somit insbesondere ein Tastverhältnis zwischen dem eingeschalteten Schaltzustand und dem ausgeschalteten Schaltzustand innerhalb eines Schaltzyklus vorgegeben ist.In normal operation, that is to say switching operation, care must be taken to keep the switch-on and switch-off times of the semiconductor switches SU1, SU2 as short as possible in order to avoid switching losses. Switch-on and switch-off times mean an interval from a switch-on time to a completely switched-on switching state or an interval from a switch-off time to a completely switched-off switching state. A turn-on or turn-off time for semiconductor switches SU1, SU2 for traction inverters is usually in the nanosecond range. In normal operation, the respective control signal of the driver circuits G can, for example, be a so-called PWM signal (PWM: pulse width modulation), which specifies the clock pattern and thus in particular a duty cycle between the switched-on switching state and the switched-off switching state within a switching cycle.

Um für die Treiberschaltungen G einen Betriebsmodus zum Schalten der Halbleiterschalter SU1, SU2 in den einzelnen Phasen U, V, W vorzugeben, umfasst die Wandlervorrichtung K gemäß 1 noch eine Steuereinrichtung M. Die Steuereinrichtung M ist mit der jeweiligen Treiberschaltung G verbunden und kann zum Vorgeben des Betriebsmodus ein entsprechendes Steuersignal an die jeweilige Treiberschaltung G bereitstellen.In order to specify an operating mode for switching the semiconductor switches SU1, SU2 in the individual phases U, V, W for the driver circuits G, the converter device K comprises according to FIG 1 another control device M. The control device M is connected to the respective driver circuit G and can provide a corresponding control signal to the respective driver circuit G for specifying the operating mode.

Die Steuereinrichtung M ist dabei wie in 1 gezeigt, bevorzugt in einem Niedervoltbordnetz des Kraftfahrzeugs verortet. Zum Betreiben des Wechselrichters I, der wie eingangs erwähnt im Hochvoltbordnetz verortet ist, ist somit eine galvanische Trennung bei der Signalübertragung notwendig. Die galvanische Trennung ist vorliegend in den Treiberschaltungen G umgesetzt, was in 1 durch einen schrägen Doppelstrich im Schaltsymbol für die jeweilige Treiberschaltung G visualisiert ist.The control device M is as in 1 shown, preferably located in a low-voltage electrical system of the motor vehicle. In order to operate the inverter I, which, as mentioned above, is located in the high-voltage vehicle electrical system, galvanic isolation during signal transmission is necessary. In the present case, the galvanic isolation is implemented in the driver circuits G, which is 1 is visualized by an oblique double line in the circuit symbol for the respective driver circuit G.

Neben dem vorgenannten Normalbetrieb kann mittels der Steuereinrichtung M zum Beispiel auch ein vorbestimmter Fehlerbetrieb des Wechselrichters I umgesetzt werden. Ein solcher Fehlerbetrieb kann zum Beispiel ein aktiver Kurzschlussbetrieb sein. In dem aktiven Kurzschlussbetrieb geht es darum, in einem vorbestimmten Fehlerfall einige oder alle Phasen des Wechselrichters I und somit der E-Maschine aktiv, also willentlich, kurzzuschließen. Ein solcher Fehlerfall kann zum Beispiel ein plötzlicher Abfall einer Spannung am Gate-Anschluss des Halbleiterschalters SU1, SU2 sein.In addition to the aforementioned normal operation, the control device M can also be used, for example, to implement a predetermined faulty operation of the inverter I. Such a fault mode can be an active short-circuit mode, for example. In the active short-circuit mode, the aim is to actively, i.e. intentionally, short-circuit some or all phases of the inverter I and thus the electric machine in the event of a predetermined fault. Such an error can be, for example, a sudden drop in voltage at the gate connection of the semiconductor switch SU1, SU2.

Um den aktiven Kurzschlussbetrieb einzuleiten, kann der jeweilige Fehlerfall beim Detektieren zum Beispiel in Form eines vorbestimmten Sicherheitssignals AKS_NV an die Steuereinrichtung M mitgeteilt werden. Auf das Sicherheitssignal AKS_NV hin wird mittels der Steuereinrichtung M ein vorbestimmtes Set an Treiberschaltungen G angesteuert, um die zugehörigen Halbleiterschalter SU1, SU2 durchzuschalten und dadurch die Motorspulen L kurzzuschließen. Zum Ansteuern der zugeordneten Treiberschaltungen G kann die Steuereinrichtung M zum Beispiel die entsprechenden Steuersignale AKS_SU1 und AKS_SU2 an das jeweilige Set an Treiberschaltungen G bereitstellen. Dadurch kann sich die jeweilige Motorspule L über den durchgeschalteten Halbleiterschalter SU1, SU2 entladen und ein Drehmoment der E-Maschine kann so weit reduziert werden, bis ein sicherer Zustand des Kraftfahrzeugs erreicht ist.In order to initiate active short-circuit operation, the respective error case can be reported to the control device M during detection, for example in the form of a predetermined safety signal AKS_NV. In response to the safety signal AKS_NV, the control device M activates a predetermined set of driver circuits G in order to switch on the associated semiconductor switches SU1, SU2 and thereby short-circuit the motor coils L. To control the associated driver circuits G, the control device M can provide the corresponding control signals AKS_SU1 and AKS_SU2 to the respective set of driver circuits G, for example. As a result, the respective motor coil L can be discharged via the switched-through semiconductor switch SU1, SU2, and a torque of the electric machine can be reduced until the motor vehicle is in a safe state.

Durch das Entladen der Motorspule L steigt jedoch der Kanalstrom iU1, iU2 des jeweiligen Halbleiterschalters SU1, SU2. Mit steigendem Kanalstrom iU1, iU2 kann es aufgrund eines Innenwiderstands des jeweiligen Halbleiterschalters SU1, SU2 zu einer Erwärmung und dann zu einer Überhitzung und schließlich zu einem Defekt des jeweiligen Halbleiterschalters SU1, SU2 kommen. Um das Überhitzen zu vermeiden, kann in dem aktiven Kurzschlussbetrieb von der Steuereinrichtung M zunächst ein erstes Set an Treiberschaltungen G zum Durchschalten der zugeordneten Halbleiterschalter SU1, SU2 ausgewählt und anschließend auf ein zweites Set an Treiberschaltungen G zum Durchschalten der zugeordneten Halbleiterschalter SU1, SU2 umgeschaltet werden. Vorliegend können als erstes Set zum Beispiel zunächst alle Lowside-Schalter SU2 durchgeschaltet werden und anschließend als das zweite Set auf alle Highside-Schalter SU1 umgeschaltet werden. Mit Umschalten ist vorliegend gemeint, dass das erste Set, also die Lowside-Schalter SU2 der Phasen U, V, W nach einer vorbestimmten Abschaltlogik abgeschaltet werden und dann das zweite Set, also die Highside-Schalter SU1 der Phasen U, V, W eingeschaltet oder durchgeschaltet werden.However, due to the discharging of the motor coil L, the channel current iU1, iU2 of the respective semiconductor switch SU1, SU2 increases. With increasing channel current iU1, iU2, an internal resistance of the respective semiconductor switch SU1, SU2 can lead to heating and then to overheating and finally to a defect in the respective semiconductor switch SU1, SU2. In order to avoid overheating, in the active short-circuit operation, the control device M can first switch on first set of driver circuits G for switching through the associated semiconductor switches SU1, SU2 are selected and then switched to a second set of driver circuits G for switching through the associated semiconductor switches SU1, SU2. In the present case, for example, all low-side switches SU2 can first be switched through as the first set and then switched over to all high-side switches SU1 as the second set. In the present case, switching means that the first set, i.e. the low-side switches SU2 of the phases U, V, W are switched off according to a predetermined switch-off logic and then the second set, i.e. the high-side switches SU1 of the phases U, V, W are switched on or be switched through.

Erfolg das Abschalten der Lowside-Schalter SU2 hierbei jedoch wie im Normalbetrieb im Nanosekundenbereich, kann es an dem jeweiligen Kanal zu einer Abschaltüberspannung kommen. Diese Abschaltüberspannung tritt ein, da die jeweilige Motorspule L als Energiezwischenspeicher die gespeicherte Energie, insbesondere den Spulenstrom iL verzögert abgibt. Die Abschaltüberspannung ist dabei proportional zu einer Stromänderungsgeschwindigkeit, mit der der jeweilige Kanalstrom iU1, iU2 durch das Abschalten reduziert wird und diese ist wiederum proportional zu dem Spulenstrom iL, der verzögert von der Spule abgegeben wird.However, if the low-side switch SU2 is switched off in the nanosecond range, as in normal operation, a switch-off overvoltage can occur at the respective channel. This switch-off overvoltage occurs because the respective motor coil L, as an intermediate energy store, releases the stored energy, in particular the coil current iL, with a delay. The turn-off overvoltage is proportional to a current rate of change, with which the respective channel current iU1, iU2 is reduced by the turn-off, and this in turn is proportional to the coil current iL, which is output by the coil with a delay.

Um die Abschaltüberspannung zu vermeiden, können die Lowside-Schalter SU2 zum Beispiel langsamer als im Schaltbetrieb, also sanft, abgeschaltet werden. Eine Abschaltzeit oder Ausschaltzeit liegt somit zum Beispiel von mehreren Hundert Nanosekunden oder sogar einigen Mikrosekunden. Um das sanfte Abschalten zu ermöglichen, wird, wie in 1 gezeigt, eine integrierte Entsättigungserkennungsschaltung oder Entsättigungserkennung E der jeweiligen Treiberschaltung G und eine Auslöseeinrichtung A genutzt. Auf eine konkrete Ausgestaltungsmöglichkeit der Entsättigungserkennung E und der Auslöseeinrichtung A wird anhand von 2 noch näher eingegangen.In order to avoid the turn-off overvoltage, the low-side switches SU2 can, for example, be turned off more slowly than in switching operation, i.e. gently. A switch-off time or switch-off time is thus, for example, several hundred nanoseconds or even a few microseconds. In order to enable the soft switch-off, as in 1 shown, an integrated desaturation detection circuit or desaturation detection E of the respective driver circuit G and a triggering device A used. A specific embodiment of the desaturation detection E and the triggering device A is based on 2 even more detailed.

Grundsätzlich hat die Entsättigungserkennung E die Funktion, einen tatsächlichen Kurzschluss in dem Wechselrichter I oder dem jeweiligen Halbleiterschalter SU1, SU2 zu erkennen und daraufhin das sanfte Abschalten durchzuführen. Dazu kann die Entsättigungserkennung E zum Beispiel einen vorbestimmten Entsättigungsstrom, der im tatsächlichen Kurzschlussfall über den zugeordneten Halbleiterschalter als Kanalstrom iU1, iU2 fließt, erkennen.Basically, the desaturation detection E has the function of detecting an actual short circuit in the inverter I or the respective semiconductor switch SU1, SU2 and then carrying out the soft shutdown. For this purpose, the desaturation detector E can, for example, detect a predetermined desaturation current which, in the actual case of a short circuit, flows through the associated semiconductor switch as channel current iU1, iU2.

Der vorbestimmte Entsättigungsstrom entspricht dabei dem Kanalstrom iU1, iU2, der bei einem tatsächlichen Kurzschluss über den jeweiligen Halbleiterschalter SU1, SU2 fließt. Der Entsättigungsstrom, der üblicherweise zum Auslösen der Entsättigungserkennung notwendig ist, ist dabei sehr viel höher als der Kanalstrom iU1, iU2 der zum Beispiel im aktiven Kurzschlussbetrieb oder im Normalbetrieb über den jeweiligen Halbleiterschalter SU1, SU2 fließt. Der Entsättigungsstrom kann zum Beispiel im Bereich von mehreren Zehntausend Ampere liegen, während der Kanalstrom iU1, iU2 im aktiven Kurzschlussbetrieb oder im Normalbetrieb typischerweise im Bereich von wenigen Tausend Ampere liegt.In this case, the predetermined desaturation current corresponds to the channel current iU1, iU2, which flows via the respective semiconductor switch SU1, SU2 in the event of an actual short circuit. The desaturation current, which is usually required to trigger the desaturation detection, is very much higher than the channel current iU1, iU2, which flows via the respective semiconductor switch SU1, SU2, for example, in active short-circuit operation or in normal operation. The desaturation current can, for example, be in the range of several tens of thousands of amperes, while the channel current iU1, iU2 is typically in the range of a few thousand amperes in active short-circuit operation or in normal operation.

Um das sanfte Abschalten der Entsättigungserkennung E nun auch im aktiven Kurzschlussfall zum Abschalten der Lowside-Schalter SU2 nutzen zu können, wird mit der Steuereinrichtung M gemäß einer vorbestimmten Auslöseroutine die Auslöseeinrichtung A angesteuert, um die Entsättigungserkennungen E der Treiberschaltungen G der Lowside-Schalter SU2 zu aktivieren. Mittels der Auslöseeinrichtung A wird den Entsättigungserkennungen E das Vorliegen des vorbestimmten Entsättigungsstroms simuliert, also vorgetäuscht, und dadurch das sanfte Abschalten ausgelöst.In order to be able to use the gentle switching off of the desaturation detection E to switch off the low-side switch SU2 in the event of an active short circuit, the control device M activates the triggering device A according to a predetermined triggering routine in order to close the desaturation detection E of the driver circuits G of the low-side switch SU2 activate. By means of the triggering device A, the presence of the predetermined desaturation current is simulated for the desaturation detectors E, that is to say it is feigned, and the gentle switch-off is thereby triggered.

Zum Ansteuern der Auslöseeinrichtung A stellt die Steuereinrichtung M das Steuersignal AKS_OFF an die Auslöseeinrichtung A bereit. Gemäß der Auslöseroutine kann das Steuersignal AKS_OFF zum Auslösen des sanften Abschaltens zum Beispiel bei Erreichen einer vorgegebenen Durchschaltzeit der Lowside-Schalter SU2 ausgelöst werden. Mit Durchschaltzeit ist dabei ein Zeitintervall gemeint, indem die Lowside-Schalter SU2 bereits durchgeschaltet waren. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinrichtung M gemäß der Auslöseroutine das Steuersignal AKS_OFF zum sanften Abschalten zum Beispiel in Abhängigkeit von einem Betriebswert des jeweiligen Halbleiterschalters SU2 bereitstellen. Der Betriebswert kann zum Beispiel als eine gemessene Temperatur des jeweiligen Halbleiterschalters SU2 oder eine Gesamtstromstärke, die während der bisherigen Durchschaltzeit des jeweiligen Lowside-Schalters SU2 als Kanalstrom iU2 an dem jeweiligen Lowside-Schalter SU2 bereitgestellt wurde, vorliegen. Zum Bereitstellen des Steuersignals AKS_OFF kann die Steuereinrichtung M den Betriebswert zunächst erfassen oder messen und dann mit einem vorgegebenen Defektwert vergleichen. Abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs, also zum Beispiel beim Überschreiten des Defektwerts durch den Betriebswert, kann die Steuereinrichtung das Steuersignal AKS_OFF zum sanften Abschalten bereitstellen.To control the triggering device A, the control device M provides the control signal AKS_OFF to the triggering device A. According to the triggering routine, the control signal AKS_OFF for triggering the soft shutdown can be triggered, for example, when the low-side switch SU2 reaches a predetermined on-time. The connection time means a time interval in which the low-side switches SU2 were already connected. Additionally or alternatively, according to the triggering routine, the control device M can provide the control signal AKS_OFF for soft switching off, for example as a function of an operating value of the respective semiconductor switch SU2. The operating value can be present, for example, as a measured temperature of the respective semiconductor switch SU2 or a total current intensity that was provided as channel current iU2 at the respective low-side switch SU2 during the previous on-state time of the respective low-side switch SU2. In order to provide the control signal AKS_OFF, the control device M can first detect or measure the operating value and then compare it with a predefined defect value. Depending on the result of the comparison, for example when the operating value exceeds the defect value, the control device can provide the control signal AKS_OFF for gentle shutdown.

Wie in 1 gezeigt, umfasst die Auslöseeinrichtung A zum Ermöglichen des sanften Abschaltens eine galvanische Trennung ISO mit der aus dem Steuersignal AKS_OFF der Steuereinrichtung M die Abschaltsignale OFF_U, OFF_V. OFF_W für die unterschiedlichen Phasen U, V, W des Wechselrichters I erzeugt werden. Hierbei zeigt sich nun auch der Vorteil, wenn in dem Kurzschlussbetrieb, wie vorliegend beschrieben, von den Lowside-Schaltern SU2 auf die Highside-Schaltern SU1 kommutiert wird. In diesem Fall ist nämlich nur eine galvanische Trennung zum Bereitstellen der Abschaltsignale OFF_U, OFF_V, OFF_W für alle Phasen U, V, W des Wechselrichters I notwendig. Im Gegensatz dazu wäre beim Kommutieren von den Highside-Schaltern SU1 auf die Lowside-Schalter SU2 für jede Phase eine separate galvanische Trennung zum Bereitstellen der Abschaltsignale notwendig. Solche galvanischen Trennungen ISO sind in der Regel teuer, sodass im vorliegenden Fall Mehrkosen vermieden werden können. As in 1 shown, the triggering device A comprises a galvanic isolation ISO with the to enable the soft switch-off the switch-off signals OFF_U, OFF_V from the control signal AKS_OFF of the control device M. OFF_W for the different phases U, V, W of the inverter I are generated. This also shows the advantage if, in the short-circuit operation, as described above, there is commutating from the low-side switches SU2 to the high-side switches SU1. In this case, namely only a galvanic isolation for providing the switch-off signals OFF_U, OFF_V, OFF_W for all phases U, V, W of the inverter I is necessary. In contrast to this, when commutating from the high-side switches SU1 to the low-side switches SU2, a separate electrical isolation would be necessary for each phase in order to provide the switch-off signals. Such galvanic isolations ISO are usually expensive, so that additional costs can be avoided in the present case.

Wie in 1 gezeigt umfasst die Auslöseeinrichtung A zusätzlich noch einen Buffer B oder Puffer und eine Auslöseschaltung X. Der Buffer B dient zum Anpassen des jeweiligen Abschaltsignals OFF_U, OFF_V, OFF_W für das Bereitstellen an die Auslöseschaltung X. Die Auslöseschaltung X dient schließlich zum Simulieren des Vorliegens des Entsättigungsstroms und kann dazu zum Beispiel ein Simulationssignal S an die Entsättigungserkennung E bereitstellen.As in 1 shown, the tripping device A also includes a buffer B or buffer and a tripping circuit X. The buffer B is used to adapt the respective switch-off signal OFF_U, OFF_V, OFF_W for providing it to the tripping circuit X. Finally, the tripping circuit X is used to simulate the presence of the desaturation current and can, for example, provide a simulation signal S to the desaturation detector E.

Anhand von 2 soll nun beispielhaft ein Aufbau und eine Funktion der Entsättigungserkennung E und der Treiberschaltung G beschrieben werden. Dazu zeigt 2 eine schematische Prinzipschaltung der Treiberschaltung G für den Lowside-Schalter SU2 mit integrierter Entsättigungserkennung E sowie der Auslöseschaltung X. Die Treiberschaltung umfasst einen Treiber T der zwischen der galvanischen Trennung ISO und dem Gate-Anschluss des Halbleiterschalters SU2 angeschlossen ist. Mit dem Treiber T kann eine vorbestimmte Steuerspannung als Steuersignal, vorliegend zum Beispiel von 15 V, an den Gate-Anschluss des Halbleiterschalters SU2 zum Durchschalten bereitgestellt werden. Ein elektrischer Widerstand, den der Gate-Anschluss bereitstellt, ist in 2 durch einen Gate-Widerstand RG dargestellt. Zum Bilden der Entsättigungsschaltung E ist eine Diode D mit ihrem Kathodenanschluss an einen Drain-Anschluss des Halbleiterschalters SU2 angeschlossen. Mit ihrem Anodenanschluss ist die Diode D an einen Auslösewiderstand RX angeschlossen. Über eine Verbindungsleitung ist der Auslösewiderstand RX an einen ersten Eingangsanschluss eines Komparators O angeschlossen. Zwischen dem Komparator O und dem Auslösewiderstand RX ist zudem ein Kondensator C und eine Stromquelle Qi mit einem zugeordneten Blindschalter SB an die Verbindungsleitung angeschlossen. Der Kondensator C und der Blindschalter SB sind jeweils mit einem ersten Anschluss an die Verbindungsleitung und mit einem zweiten Anschluss an das Hochvoltminuspotential HV- angeschlossen. Die Stromquelle ist mit einem ersten Anschluss an den ersten Anschluss des Blindschalters SB angeschlossen. Ein zweiter Anschluss der Stromquelle stellt ein vorbestimmtes Bezugspotential im Vergleich zu dem Hochvoltminuspotential HV- bereit. Dadurch kann mittels der Stromquelle Qi bei Schließen des Blindschalters SB ein vorbestimmter Teststrom iT bereitgestellt werden.Based on 2 a structure and a function of the desaturation detection E and the driver circuit G will now be described by way of example. For this shows 2 a schematic circuit diagram of the driver circuit G for the low-side switch SU2 with integrated desaturation detection E and the trigger circuit X. The driver circuit includes a driver T which is connected between the galvanic isolation ISO and the gate connection of the semiconductor switch SU2. With the driver T, a predetermined control voltage can be provided as a control signal, in this case for example 15 V, to the gate connection of the semiconductor switch SU2 for switching through. An electrical resistance provided by the gate terminal is in 2 represented by a gate resistance RG. To form the desaturation circuit E, a diode D has its cathode terminal connected to a drain terminal of the semiconductor switch SU2. With its anode connection, the diode D is connected to a tripping resistor RX. The triggering resistor RX is connected to a first input terminal of a comparator O via a connecting line. In addition, a capacitor C and a current source Qi with an associated dummy switch SB are connected to the connecting line between the comparator O and the tripping resistor RX. The capacitor C and the dummy switch SB are each connected with a first connection to the connecting line and with a second connection to the high-voltage minus potential HV-. The power source has a first connection connected to the first connection of the dummy switch SB. A second connection of the power source provides a predetermined reference potential in comparison to the high-voltage minus potential HV-. As a result, a predetermined test current iT can be provided by means of the current source Qi when the dummy switch SB is closed.

An einen zweiten Eingangsanschluss des Komparators O ist eine Spannungsquelle Qu mit dem Hochvoltminuspotential HV- verbunden. Die Spanungsquelle stellt vorliegend zum Beispiel eine vorbestimmte Vergleichsspannung von 8 V bereit. Ein Ausgangsanschluss des Komparators O ist über eine Filterschaltung F mit einem Gate-Anschluss eines Halbleiterschaltelements SE verbunden. Das Halbleiterschaltelement SE ist analog zu dem Halbleiterschalter SU2 vorliegend als (selbstleitender) n-Kanal-MOSFET ausgebildet. Das Halbleiterschaltelement SE dient zum sanften Abschalten des Halbleiterschalters SU2 und ist dazu mit einem Drain-Anschluss zwischen den Treiber T und den Gate-Anschluss des Halbleiterschalters SU2 angeschlossen. Mit einem Source-Anschluss ist das Halbleiterschaltelement SE an das Hochvoltminuspotential HVangeschlossen.A voltage source Qu with the high-voltage negative potential HV- is connected to a second input connection of the comparator O. In the present case, the voltage source provides a predetermined reference voltage of 8 V, for example. An output terminal of the comparator O is connected via a filter circuit F to a gate terminal of a semiconductor switching element SE. Analogously to the semiconductor switch SU2, the semiconductor switching element SE is designed here as a (self-conducting) n-channel MOSFET. The semiconductor switching element SE is used to gently turn off the semiconductor switch SU2 and is connected to a drain connection between the driver T and the gate connection of the semiconductor switch SU2. The semiconductor switching element SE is connected to the high-voltage minus potential HV with a source connection.

Zum Detektieren eines tatsächlichen Kurschlusses wird mittels der Entsättigungserkennung E durch Schließen des Blindschalters SB die Stromquelle Q aktiviert, sodass der Teststrom iT von der Stromquelle Q über die Diode D an den Halbleiterschalter SU2 bereitgestellt wird. Der Blindschalter SB dient dabei zum Ausblenden oder Blanking des Einschaltverhaltens oder Ausschaltverhaltens des Halbleiterschalters SU2. Es geht also darum, die beim Ein- oder Ausschalten fließenden hohen Ströme nicht fälschlicherweise als Entsättigungsstrom zu interpretieren. Liegt kein Kurzschluss vor, wird der Teststrom iT über den Halbleiterschalter SU2 abgeführt. Im Fall eines tatsächlichen oder harten Kurzschlusses kann der Teststrom iT aber nicht mehr durch den Schalter SU2 abfließen. Stattdessen wird mit dem Teststrom iT der Kondensator C geladen. Dadurch steigt eine Kondensatorspannung an und somit steigt ein Ladezustand des Kondensators C an. Der Komparator O hat nun die Funktion die Ladespannung des Kondensators C mit der an seinem zweiten Eingangsanschluss bereitgestellten Testspannung zu vergleichen und in Abhängigkeit von dem Vergleich ein Steuersignal an den Gate-Anschluss des Halbleiterschalterelements SE bereitzustellen. Dabei wird der Komparator O vorliegend zum Beispiel genau dann durchschalten, wenn die Ladespannung des Kondensators C die Vergleichsspannung von 8 V überschreitet. Durch Anlegen des Steuersignals an dem Gate-Anschluss des Halbleiterschaltelements SE wird das Halbleiterschaltelement SE durchgeschaltet, also geschlossen. Die Filterschaltung F dient dabei lediglich zum Anpassen oder Filtern des am Ausgangsanschluss des Komparators O bereitgestellten Steuersignals. Die Filterschaltung kann zum Beispiel ein Gatetreiber, also eine Treiberschaltung für das Halbleiterschaltelement SE sein. Durch das Schließen des Halbleiterschaltelements SE wird ausgehend von dem Treiber T ein zusätzlicher Strompfad neben dem Strompfad zum Gate-Anschluss des Halbleiterschalters SU2 bereitgestellt. Somit kann beim Durchschalten des Halbleiterschaltelements SE die Steuerspannung am Gate-Anschluss des Halbleiterschalters SU2 reduziert und der Halbleiterschalter SU2 somit ausgeschaltet oder deaktiviert werden.To detect an actual short circuit, the current source Q is activated by means of the desaturation detection E by closing the dummy switch SB, so that the test current iT is provided by the current source Q via the diode D to the semiconductor switch SU2. The dummy switch SB is used to hide or blank the turn-on or turn-off behavior of the semiconductor switch SU2. It is therefore a matter of not misinterpreting the high currents flowing when the device is switched on or off as a desaturation current. If there is no short circuit, the test current iT is discharged via the semiconductor switch SU2. In the case of an actual or hard short circuit, however, the test current iT can no longer flow through switch SU2. Instead, the capacitor C is charged with the test current iT. As a result, a capacitor voltage increases, and thus a state of charge of the capacitor C increases. The comparator O now has the function of comparing the charging voltage of the capacitor C with the test voltage provided at its second input connection and providing a control signal to the gate connection of the semiconductor switch element SE as a function of the comparison. In the present case, the comparator O will switch through, for example, precisely when the charging voltage of the capacitor C exceeds the comparison voltage of 8 V. By applying the control signal to the gate terminal of the semiconductor terschaltelements SE, the semiconductor switching element SE is switched through, ie closed. The filter circuit F serves only to adapt or filter the control signal provided at the output terminal of the comparator O. The filter circuit can be a gate driver, for example, ie a driver circuit for the semiconductor switching element SE. The closing of the semiconductor switching element SE, starting from the driver T, provides an additional current path in addition to the current path to the gate connection of the semiconductor switch SU2. Thus, when the semiconductor switching element SE is turned on, the control voltage at the gate connection of the semiconductor switch SU2 can be reduced and the semiconductor switch SU2 can thus be switched off or deactivated.

Um das Vorliegen des Entsättigungsstroms zu simulieren und somit einen tatsächlichen Kurzschluss des Halbleiterschalters SU2 vorzugaukeln, ist die Auslöseeinrichtung A, wie in 2 gezeigt, an die Entsättigungserkennung E angeschlossen. Die Auslöseeinrichtung A ist in 2 beispielhaft nur mit dem Buffer B und der Auslöseschaltung X eingezeichnet. Der Buffer B ist beispielhaft als Inverter zum Anpassen des Phasenabschaltsignals OFF_U dargestellt. Die Auslöseschaltung X ist vorliegend wiederum ein Halbleiterschalter und vorliegend insbesondere als p-Kanal-MOSFET ausgebildet. Der Buffer B ist an den Gate-Anschluss des Halbleiterschalters angeschlossen und stellt somit als Steuersignal zum Durchschalten des Halbeliterschalters das angepasste Phasenabschaltsignal OFF_U bereit. Mit einem Source-Anschluss ist der Halbleiterschalter vorliegend an ein zusätzliches Pluspotential von beispielhaft 15 V angeschlossen. Mit einem Drain-Anschluss ist der Halbleiterschalter an die Verbindungsleitung der Entsättigungserkennung E zwischen dem Kondensator C und der Stromquelle Qi angeschlossen. Durch das Durchschalten des Halbleiterschalters, der die Auslöseschaltung X repräsentiert, kann somit ein zusätzliches Potential von 15 V an den Kondensator C angelegt werden. Somit kann der Kondensator C auch ohne Vorliegen des Entsättigungsstroms auf eine Kondensatorspannung, die größer ist als die Vergleichsspannung, geladen werden und dadurch das Halbleiterschaltelement SE zum sanften Abschalten durchgeschaltet werden. Die zusätzliche Spannung von 15 V stellt somit das Simulationssignal S für die Entsättigungserkennung dar.In order to simulate the presence of the desaturation current and thus simulate an actual short circuit in the semiconductor switch SU2, the tripping device A, as in 2 shown, connected to desaturation detection E. The release device A is in 2 shown as an example only with the buffer B and the trigger circuit X. The buffer B is shown by way of example as an inverter for adapting the phase switch-off signal OFF_U. In the present case, the trigger circuit X is in turn a semiconductor switch and in the present case is designed in particular as a p-channel MOSFET. The buffer B is connected to the gate connection of the semiconductor switch and thus provides the adjusted phase switch-off signal OFF_U as a control signal for switching on the half-liter switch. In the present case, the semiconductor switch is connected to an additional positive potential of 15 V, for example, with a source connection. The semiconductor switch is connected with a drain connection to the connecting line of the desaturation detection E between the capacitor C and the current source Qi. An additional potential of 15 V can thus be applied to the capacitor C by switching on the semiconductor switch which represents the trigger circuit X. Thus, the capacitor C can be charged to a capacitor voltage that is greater than the comparison voltage even without the presence of the desaturation current, and the semiconductor switching element SE can thereby be switched through for smooth switching off. The additional voltage of 15 V thus represents the simulation signal S for desaturation detection.

Insgesamt kann so die Funktion zur sanften Abschaltung in kommerziell erhältlichen Gate-Treibern genutzt werden, um im aktiven Kurzschlussfall eine Abschaltüberspannung und somit einen Bauteildefekt eines Halbleiterschalters in einem Wechselrichter I zu vermeiden. Dadurch können das thermische Verhalten der Wandlervorrichtung im aktiven Kurzschlussbetrieb signifikant verbessert und Verlustleistung reduziert werden.Overall, the soft shutdown function can be used in commercially available gate drivers in order to avoid a shutdown overvoltage and thus a component defect of a semiconductor switch in an inverter I in the event of an active short circuit. As a result, the thermal behavior of the converter device in active short-circuit operation can be significantly improved and power loss can be reduced.

BezugszeichenlisteReference List

AA

Auslöseeinrichtungrelease device

AKS_NVAKS_NV

Sicherheitssignalsecurity signal

AKS_OFFAKS_OFF

Abschaltsignalshutdown signal

AKS_SU1AKS_SU1

Steuersignalcontrol signal

AKS_SU2AKS_SU2

Steuersignalcontrol signal

BB

Bufferbuffers

CC

Kondensatorcapacitor

DD

Diodediode

EE

Entsättigungserkennungdesaturation detection

Ff

Filterfilter

GG

Treiberschaltungdriver circuit

HV-HV

Minuspotentialnegative potential

HV+HV+

Pluspotentialplus potential

II

Wechselrichterinverter

ISOISO

galvanische Trennunggalvanic isolation

iLiL

Spulenstromcoil current

iTiT

Teststromtest current

iU1iU1

Kanalstromchannel stream

iU2iU2

Kanalstromchannel stream

KK

Wandlervorrichtungtransducer device

LL

Motorspulemotor coil

MM

Steuereinrichtungcontrol device

OO

Komparatorcomparator

OFF_UOFF_U

Phasenabschaltsignalphase cut-off signal

OFF_VOFF_V

Phasenabschaltsignalphase cut-off signal

OFF_WOFF_W

Phasenabschaltsignalphase cut-off signal

Qiqi

Stromquellepower source

QuQu

Spannungsquellevoltage source

RGRG

Gate-Widerstandgate resistance

RXRX

Auslösewiderstandtrigger resistance

SS

Simulationssignalsimulation signal

SBSB

Blindschalterdummy switch

SESE

Entsättigungsschaltelementdesaturation switching element

SU1SU1

Highside-Schalterhighside switch

SU2SU2

Lowside-Schalterlow side switch

TT

Treiberdriver

U, V, WAND MANY MORE

Phasephase

XX

Auslöseschaltungtrigger circuit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

• WO 2017/186436 A1 [0004]WO 2017/186436 A1 [0004]
• DE 102005045099 A1 [0007]DE 102005045099 A1 [0007]

Claims (10)

Wandlervorrichtung (K) zum Betreiben eines Wechselrichters (I) in einem aktiven Kurzschlussbetrieb, wobei der Wechselrichter (I) Halbleiterschalter (SU1, SU2) mit einer jeweils zugeordneten Treiberschaltung (G) umfasst, und in dem Kurzschlussbetrieb ein vorbestimmtes Set der Treiberschaltungen (G) ausgebildet ist, den jeweils zugeordneten Halbleiterschalter (SU1, SU2) zum aktiven Kurzschließen von Phasen (U, V, W) des Wechselrichters (I) ansteuern, wobei die Treiberschaltungen (G) jeweils eine integrierte Entsättigungserkennungsschaltung (E) umfassen, die ausgebildet ist, einen vorbestimmten Entsättigungsstrom, der über den zugeordneten Halbleiterschalter (SU1, SU2) fließt, zu erkennen und ein sanftes Abschalten des Halbleiterschalters (SU1, SU2) durchzuführen, und eine Steuereinrichtung (M) in dem aktiven Kurzschlussbetrieb ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Auslöseroutine für die dem vorbestimmten Set an Treiberschaltungen (G) zugeordneten Entsättigungserkennungsschaltungen (E) ein Vorliegen des Entsättigungsstroms zu simulieren und das sanfte Abschalten auszulösen.Converter device (K) for operating an inverter (I) in an active short-circuit operation, wherein the inverter (I) comprises semiconductor switches (SU1, SU2) with a respectively assigned driver circuit (G), and in the short-circuit mode, a predetermined set of driver circuits (G) is formed, driving the associated semiconductor switch (SU1, SU2) for actively short-circuiting phases (U, V, W) of the inverter (I), wherein the driver circuits (G) each comprise an integrated desaturation detection circuit (E) which is designed to detect a predetermined desaturation current flowing through the associated semiconductor switch (SU1, SU2) and to switch off the semiconductor switch (SU1, SU2) gently, and a control device (M) is designed in the active short-circuit mode to simulate the presence of the desaturation current and to trigger the soft shutdown as a function of a predetermined triggering routine for the desaturation detection circuits (E) assigned to the predetermined set of driver circuits (G). Wandlervorrichtung (K) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, gemäß der Auslöseroutine das sanfte Abschalten bei Erreichen einer vorgegebenen Durchschaltzeit der Halbleiterschalter (SU1, SU2), die im Kurzschlussbetrieb zum Kurzschließen der Phasen (U, V, W) angesteuert sind, auszulösen.Converter device (K) after claim 1 , wherein the control device is designed, according to the triggering routine, to trigger the soft switch-off when a predetermined on-time of the semiconductor switches (SU1, SU2), which are driven in short-circuit operation for short-circuiting the phases (U, V, W), is triggered. Wandlervorrichtung (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (M) ausgebildet ist, gemäß der Auslöseroutine einen jeweiligen Betriebswert derjenigen Halbleiterschalter (SU1, SU2) zu erfassen, die im Kurzschlussbetrieb zum Kurzschließen der Phasen (U, V, W) angesteuert sind, und den jeweiligen Betriebswert mit einem vorgegebenen Defektwert vergleichen, und in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichs das sanfte Abschalten auszulösen.Converter device (K) according to one of the preceding claims, wherein the control device (M) is designed, according to the triggering routine, to detect a respective operating value of those semiconductor switches (SU1, SU2) which are activated in short-circuit operation for short-circuiting the phases (U, V, W). are, and compare the respective operating value with a predetermined defect value, and trigger the soft shutdown depending on a result of the comparison. Wandlervorrichtung (K) nach Anspruch 3, wobei der Betriebswert eine Temperatur des jeweiligen Halbleiterschalters (SU1, SU2), und/oder eine Gesamtstromstärke ist, die für eine jeweilige Dauer des Kurzschlussbetriebs an dem jeweiligen Halbleiterschalter (SU1, SU2) bereitgestellt ist.Converter device (K) after claim 3 , wherein the operating value is a temperature of the respective semiconductor switch (SU1, SU2) and/or a total current intensity that is provided for a respective duration of the short-circuit operation at the respective semiconductor switch (SU1, SU2). Wandlervorrichtung (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (M) ausgebildet ist, den Kurzschlussbetrieb in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Sicherheitssignal (AKS_NV) einzuleiten, und das vorbestimmte Set an Treiberschaltungen(G) auszuwählen und zum Kurzschließen der Phasen (U, V, W) anzusteuern.Converter device (K) according to one of the preceding claims, wherein the control device (M) is designed to initiate short-circuit operation as a function of a predetermined safety signal (AKS_NV), and to select the predetermined set of driver circuits (G) and to short-circuit the phases (U, V, W) to control. Wandlervorrichtung (K) nach Anspruch 5, wobei die Halbleiterschalter (SU1, SU2) jeder der Phasen (U, V, W) in einer Brückenschaltung miteinander verschaltet sind, sodass für jede der Phasen (U, V, W) ein Highside-Schalter (SU1) und ein Lowside-Schalter (SU2) bereitgestellt sind, und die Steuereinrichtung (M) ausgebildet ist, zum Einleiten des aktiven Kurzschlussbetriebs als ein erstes Set zuerst die Treiberschaltungen (G) der Lowside-Schalter (SU2) zum aktiven Kurzschließen der Phasen (U, V, W) anzusteuern und nach dem sanften Abschalten der Lowside-Schalter SU2) als ein zweites Set die Treiberschaltungen (G) der Highside-Schalter (SU1) zum aktiven Kurzschließen der Phasen (U, V, W) anzusteuern.Converter device (K) after claim 5 , wherein the semiconductor switches (SU1, SU2) of each of the phases (U, V, W) are interconnected in a bridge circuit, so that for each of the phases (U, V, W) a high-side switch (SU1) and a low-side switch (SU2) are provided, and the control device (M) is designed to initiate active short-circuit operation as a first set, first of all driving the driver circuits (G) of the low-side switches (SU2) for actively short-circuiting the phases (U, V, W). and after the low-side switches SU2) have been switched off gently, as a second set, to control the driver circuits (G) of the high-side switches (SU1) for actively short-circuiting the phases (U, V, W). Wandlervorrichtung (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandlervorrichtung (K) zum Simulieren des Vorliegens des Entsättigungsstroms eine Auslöseschaltung (X) umfasst, die ausgebildet ist, die jeweilige Entsättigungserkennungsschaltung (E) mit einem Simulationssignal (S) zu beaufschlagen, um ein Steuersignal des jeweiligen Sets an Treiberschaltungen (G) zum Durschalten der zugeordneten Halbleiterschalter (SU1, SU2) zu reduzieren und dadurch zu deaktivieren.Converter device (K) according to one of the preceding claims, wherein the converter device (K) for simulating the presence of the desaturation current comprises a trigger circuit (X) which is designed to apply a simulation signal (S) to the respective desaturation detection circuit (E) in order to To reduce the control signal of the respective set of driver circuits (G) for switching on the associated semiconductor switches (SU1, SU2) and thereby disable them. Wandlervorrichtung (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Abschaltdauer zum Durchführen des sanften Abschaltens derart gewählt ist, dass eine Kanalspannung, die beim Abschalten an dem jeweiligen Halbleiterschalter (SU1, SU2) anliegt, kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert.Converter device (K) according to one of the preceding claims, wherein a switch-off period for performing the soft switch-off is selected such that a channel voltage which is present at the respective semiconductor switch (SU1, SU2) when it is switched off is less than a predetermined limit value. Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und einer Wandlervorrichtung (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Antrieb zum Betreiben an die Phasen (U, V, W) des Wechselrichters (I) angeschlossen ist.Motor vehicle with an electric drive and a converter device (K) according to one of the preceding claims, wherein the electric drive is connected to the phases (U, V, W) of the inverter (I) for operation. Verfahren zum Betreiben einer Wandlervorrichtung (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Method for operating a converter device (K) according to one of the preceding claims.

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