本發(fā)明涉及一種用于電機(jī)的逆變器，逆變器連接到具有第一電極和第二電極的中間電路并且具有多個(gè)相系統(tǒng)，相系統(tǒng)分別具有高端開關(guān)機(jī)構(gòu)和低端開關(guān)機(jī)構(gòu)，其中高端開關(guān)機(jī)構(gòu)在一端連接到第一電極而在另一端連接到低端開關(guān)機(jī)構(gòu)，低端開關(guān)機(jī)構(gòu)在一端連接到所述高端開關(guān)機(jī)構(gòu)而在另一端連接到第二電極，其中高端開關(guān)機(jī)構(gòu)和低端開關(guān)機(jī)構(gòu)分別具有包括開關(guān)輸入端、功率輸入端和功率輸出端的斷路器，功率輸入端和功率輸出端在斷路器閉合的情況下相互電氣連接而在斷路器打開的情況下電氣分離。本發(fā)明還涉及一種用于機(jī)動(dòng)車的電驅(qū)動(dòng)裝置以及用于運(yùn)行用于電機(jī)的逆變器的方法。

背景技術(shù)：

電機(jī)例如用于驅(qū)控機(jī)動(dòng)車，就這點(diǎn)而言也就是用于提供針對(duì)機(jī)動(dòng)車驅(qū)控的扭矩。因?yàn)闄C(jī)動(dòng)車的車載電網(wǎng)通常僅僅提供直流電，然而電機(jī)優(yōu)選作為交流電機(jī)或三相電機(jī)存在，所以設(shè)有逆變器。逆變器用于將直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娀蛉嚯姟Ｄ孀兤骼缫悦}寬調(diào)制逆變器或H橋式變換器的形式存在。

逆變器具有中間電路或至少連接到該中間電路。中間電路具有第一電極和第二電極，第一電極和第二電極具有相互不同的電位。例如第一電極作為正極存在，而第二電極作為負(fù)極存在。逆變器還具有多個(gè)相系統(tǒng)，亦即至少兩個(gè)相系統(tǒng)(在將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的情況下)或者至少三個(gè)相系統(tǒng)(對(duì)于轉(zhuǎn)變?yōu)槿嚯?。相系統(tǒng)中的每個(gè)分別具有高端開關(guān)機(jī)構(gòu)和低端開關(guān)機(jī)構(gòu)，它們相互串聯(lián)連接并且在一端連接到第一電極而在另一端連接到第二電極。

換言之，高端開關(guān)機(jī)構(gòu)在一側(cè)連接到第一電極而在另一側(cè)連接到低端開關(guān)機(jī)構(gòu)，而低端開關(guān)機(jī)構(gòu)在一側(cè)連接到高端開關(guān)機(jī)構(gòu)而在另一側(cè)連接到第二電極。開關(guān)機(jī)構(gòu)中的每個(gè)，亦即不僅高端開關(guān)機(jī)構(gòu)而且低端開關(guān)機(jī)構(gòu)分別具有斷路器/功率開關(guān)，斷路器包括開關(guān)輸入端、功率輸入端以及功率輸出端。如果在開關(guān)輸入端上施加電壓或者電流由開關(guān)輸入端流至功率輸出端，那么斷路器閉合，從而功率輸入端與功率輸出端電氣連接。相比之下，如果開關(guān)輸入端無(wú)電壓或無(wú)電流，那么斷路器打開并且相應(yīng)地功率輸入端和功率輸出端相互電氣分離。

斷路器例如作為晶體管特別是作為雙極晶體管或作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管存在。場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以在此設(shè)計(jì)為絕緣柵門極晶體管(IGBT)，場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以設(shè)計(jì)為勢(shì)壘-場(chǎng)效應(yīng)晶體管或金屬絕緣半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MISFET)或具有通過(guò)絕緣柵分離的柵極的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(IGFET)。自然地，斷路器然而也可以具有對(duì)此備選的設(shè)計(jì)方案。

上述實(shí)施方案具體來(lái)說(shuō)，高端開關(guān)機(jī)構(gòu)的斷路器的功率輸入端永久與第一電極連接，而其功率輸出端永久與低端開關(guān)機(jī)構(gòu)的斷路器的功率輸入端連接。低端開關(guān)機(jī)構(gòu)的斷路器的功率輸出端又永久與第二電極連接。在高端開機(jī)構(gòu)與低端開關(guān)機(jī)構(gòu)之間現(xiàn)在可以設(shè)有電機(jī)用相連接端，特別是電機(jī)的電氣連接端連接在高端開關(guān)機(jī)構(gòu)與低端開關(guān)機(jī)構(gòu)之間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

現(xiàn)在，本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種用于電機(jī)的逆變器，該逆變器相比于已知逆變器具有如下優(yōu)點(diǎn)，即特別是即便在故障情況下也可以可靠地運(yùn)行。

這利用具有權(quán)利要求1特征的逆變器實(shí)現(xiàn)。在此規(guī)定，高端開關(guān)機(jī)構(gòu)和/或低端開關(guān)機(jī)構(gòu)的斷路器的開關(guān)輸入端不僅連接到控制電路而且連接到中間電路電壓限制電路，中間電路電壓限制電路在中間電路中的中間電路電壓超過(guò)電壓臨界值時(shí)閉合斷路器?？刂齐娐防缡悄孀兤鞯目刂蒲b置并且用于相應(yīng)地驅(qū)控高端開關(guān)機(jī)構(gòu)和低端開關(guān)機(jī)構(gòu)以便由中間電路的直流電提供交流電或三相電。

相比之下，中間電路電壓限制電路規(guī)定用于借助于逆變器限制中間電路電壓。優(yōu)選地，所有高端開關(guān)機(jī)構(gòu)或所有低端開關(guān)機(jī)構(gòu)的斷路器的每個(gè)開關(guān)輸入端分別在一端連接到控制電路而在另一端連接到中間電路電壓限制電路。就這點(diǎn)而言，給高端開關(guān)機(jī)構(gòu)或低端開關(guān)機(jī)構(gòu)的每個(gè)斷路器優(yōu)選分別配置這樣的中間電壓限制電路。

如果電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行并且相應(yīng)地驅(qū)控逆變器，那么逆變器用于由電機(jī)產(chǎn)生的交流電或三相電的整流。然而如果這在中間電路中不需要，例如因?yàn)樾钅芷饔芍虚g電路解耦，特別是由于蓄能器的故障，或者因?yàn)闄C(jī)動(dòng)車的連接到中間電路的車載電網(wǎng)僅僅需要更少量電流，那么可以導(dǎo)致在中間電路中顯著的電壓上升。

為了防止逆變器和/或車載電網(wǎng)或其單個(gè)構(gòu)件的損壞，設(shè)有中間電路電壓限制電路。一旦中間電路電壓限制電路確定在中間電路中存在的中間電路電壓超過(guò)電壓臨界值，那么該中間電路電壓限制電路閉合為其配置的斷路器，從而該斷路器是電氣導(dǎo)通的并且相應(yīng)地電氣連接功率輸入端與功率輸出端。如果中間電路電壓限制電路配置給高端開關(guān)機(jī)構(gòu)，那么可以在中間電路電壓限制電路響應(yīng)并且同時(shí)低端開關(guān)機(jī)構(gòu)斷路器閉合時(shí)直接連接第一電極與第二電極，使得在中間電路中存在的電能通過(guò)兩個(gè)電極的短路而消除并且轉(zhuǎn)化為熱。

相反地自然可以將中間電路電壓限制電路配置給低端開關(guān)機(jī)構(gòu)。在該情況下，所述方法可以在同時(shí)閉合高端開關(guān)機(jī)構(gòu)斷路器的情況下實(shí)施。因此優(yōu)選地規(guī)定，連續(xù)驅(qū)控逆變器以便運(yùn)行電機(jī)，亦即特別是作為電動(dòng)機(jī)或作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。相應(yīng)地，周期性地閉合又打開高端開關(guān)機(jī)構(gòu)或低端開關(guān)機(jī)構(gòu)的這樣的沒(méi)有配置中間電路電壓限制電路的斷路器。因此可以通過(guò)其至少周期地消除電能。

優(yōu)選地，給每個(gè)斷路器配置單獨(dú)的中間電路電壓限制電路。然而也可以規(guī)定，將中間電路電壓限制電路配置給多個(gè)斷路器，特別是高端開關(guān)機(jī)構(gòu)或低端開關(guān)機(jī)構(gòu)的所有斷路器。優(yōu)選地，中間電路電壓限制電路與控制電路或控制裝置分離地存在。特別是中間電路電壓限制電路集成到高端開關(guān)機(jī)構(gòu)和低端開關(guān)機(jī)構(gòu)中。

然而也可以規(guī)定，中間電路電壓限制電路配置給控制電路。如果該中間電路電壓限制電路確定中間電路電壓超過(guò)電壓臨界值，那么可以規(guī)定，控制電路閉合相系統(tǒng)中的至少之一、優(yōu)選相系統(tǒng)中的多個(gè)或所有相系統(tǒng)的不僅高端開關(guān)機(jī)構(gòu)而且低端開關(guān)機(jī)構(gòu)的斷路器并且相應(yīng)地短接第一電極與第二電極。相應(yīng)地，逆變器用于通過(guò)相系統(tǒng)有效消除在中間電路中存在的過(guò)電壓。

電機(jī)優(yōu)選作為異步電機(jī)存在。在同步電機(jī)特別是永久激勵(lì)的同步電機(jī)的情況下可以規(guī)定，借助于開關(guān)機(jī)構(gòu)短路電機(jī)，這也稱為主動(dòng)短路，而這在異步電機(jī)中是不允許的。這基于如下，通過(guò)異步電機(jī)的短路產(chǎn)生高短路電流，該短路電流可以破壞逆變器和/或電機(jī)。這利用逆變器的上述設(shè)計(jì)方案來(lái)阻止。附加地可以規(guī)定，逆變器在其中間電路中具有所謂的制動(dòng)斬波器(Bremschopper)。而且通過(guò)制動(dòng)斬波器可以實(shí)現(xiàn)第一電極與第二電極的受控的短路。然而為此附加的構(gòu)件是必要的，這對(duì)于按照該說(shuō)明書的逆變器不總是這種情況。

在本發(fā)明的一個(gè)有利改進(jìn)的范圍中規(guī)定，中間電路電壓限制電路具有Z二極管和二極管，其中Z二極管的陰極連接到功率輸入端而Z二極管的陽(yáng)極經(jīng)由二極管連接到相應(yīng)斷路器的開關(guān)輸入端。Z二極管也可以稱為齊納二極管。Z二極管以及二極管相互串聯(lián)連接，其中它們?cè)谝欢诉B接到功率輸入端而在另一端連接到相應(yīng)斷路器的開關(guān)輸入端。準(zhǔn)確地說(shuō)，Z二極管的陰極連接到功率輸入端，而其陽(yáng)極與二極管的陽(yáng)極連接。二極管的陰極又連接到斷路器的開關(guān)輸入端。附加地，控制電路可以連接到開關(guān)輸入端或二極管的陰極。

Z二極管和二極管共同形成所謂的“有源鉗位”電路。Z二極管具有確定的齊納電壓或擊穿電壓。如果中間電路電壓達(dá)到或超過(guò)該齊納電壓或擊穿電壓，那么該Z二極管變得導(dǎo)通。相應(yīng)地給相應(yīng)斷路器的開關(guān)輸入端施加電壓或電流，從而該斷路器閉合。

在本發(fā)明的另一設(shè)計(jì)方案的范圍中規(guī)定，齊納二極管的齊納電壓相當(dāng)于電壓臨界值。自然特別有利的是，齊納二極管阻止中間電路電壓超過(guò)電壓臨界值。出于這個(gè)原因如此選擇Z二極管，使得其齊納電壓等于電壓臨界值。備選地，齊納電壓可以略微大于電壓臨界值，特別是大至少5％、至少10％、至少15％或至少20％。

本發(fā)明的另一優(yōu)選設(shè)計(jì)方案規(guī)定，給斷路器并聯(lián)連接電容。電容亦即例如電容器就這點(diǎn)而言在一端連接到功率輸入端而在另一端連接到斷路器的功率輸出端。電容用作濾波器特別是低通濾波器。在逆變器的正常運(yùn)行期間可以在斷路器上出現(xiàn)短期過(guò)電壓，也稱為換向過(guò)電壓。該短期過(guò)電壓然而僅僅在最高10納秒至最高100納秒的時(shí)間間隔上出現(xiàn)。為了阻止中間電路電壓限制電路已經(jīng)由于該(允許的)過(guò)電壓閉合斷路器，規(guī)定電容器用于過(guò)濾在斷路器出現(xiàn)的所述電壓。

本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)規(guī)定，斷路器具有功率晶體管和與功率晶體管并聯(lián)連接的二極管。斷路器就這點(diǎn)而言由多個(gè)元件組成，亦即功率晶體管和二極管。該二極管然而不相應(yīng)于前面提及的二極管，前面提及的二極管是中間電路電壓限制電路的組成部分。該二極管作為所謂的空載二極管存在。

本發(fā)明的另一優(yōu)選設(shè)計(jì)方案規(guī)定，中間電路具有至少一個(gè)中間電路電容器，第一電極經(jīng)由中間電路電容器與第二電極電氣連接。特別是在電極之間的電氣連接通過(guò)中間電路電容器永久地存在。中間電路電容器例如將相系統(tǒng)與其高端開關(guān)機(jī)構(gòu)和低端開關(guān)機(jī)構(gòu)并聯(lián)連接。中間電路電容器用于中間電路中的電壓平滑化。也可以規(guī)定，設(shè)有多個(gè)中間電路電容器，它們相互串聯(lián)連接并且在第一電極與第二電極之間存在并且連接到它們。例如第一電極經(jīng)由第一中間電路電容器連接到第二中間電路電容器，第二中間電路電容器在另一端連接到第二電極。中間電路電容器的分別與電極背向的端可以接地。

本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案規(guī)定，斷路器由于超過(guò)電壓臨界值的閉合限于確定的時(shí)間間隔。通過(guò)斷路器的閉合或高端開關(guān)機(jī)構(gòu)和低端開關(guān)機(jī)構(gòu)的斷路器的同時(shí)閉合，大電流流經(jīng)斷路器，例如在1000A或1500A數(shù)量級(jí)。為了避免斷路器的損壞，應(yīng)通過(guò)斷路器僅僅在確定時(shí)間間隔上進(jìn)行兩個(gè)電極的短路。這優(yōu)選如此選擇，使得在高電流強(qiáng)度下也不會(huì)出現(xiàn)斷路器的損壞。

最后可以在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選設(shè)計(jì)方案中規(guī)定，斷路器的閉合時(shí)間借助于控制電路監(jiān)控和/或限制。之前已經(jīng)表明，控制電路和中間電路電壓限制電路兩者分別連接到斷路器。相應(yīng)地可以規(guī)定，控制電路感知到：中間電路電壓限制電路是否閉合斷路器。如果確定這一點(diǎn)，那么例如可以啟動(dòng)計(jì)時(shí)器。

如果現(xiàn)在例如借助于計(jì)時(shí)器確定：自從通過(guò)中間電路電壓限制電路閉合斷路器經(jīng)過(guò)前述確定的時(shí)間間隔，那么可以規(guī)定，控制電路結(jié)束閉合或者又打開斷路器。這可以例如如下發(fā)生，其方法是斷路器的開關(guān)輸入端接地，優(yōu)選經(jīng)由足夠大小的電阻。自然也可以規(guī)定，控制電路為了限制斷路器的閉合時(shí)間電氣中斷在中間電路電壓限制電路與斷路器或其開關(guān)輸入端之間的電氣連接。

此外本發(fā)明還涉及一種用于機(jī)動(dòng)車的電驅(qū)動(dòng)裝置，包括電機(jī)和用于驅(qū)控電機(jī)的逆變器。在此，逆變器應(yīng)按照上述實(shí)施方案設(shè)計(jì)。在此已經(jīng)指出驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或逆變器的這樣的設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)。不僅逆變器而且電驅(qū)動(dòng)裝置可以按照上述實(shí)施方案改進(jìn)，從而就這點(diǎn)而言參照這些實(shí)施方案。

本發(fā)明最后涉及一種用于運(yùn)行用于電機(jī)的逆變器、特別是根據(jù)上述實(shí)施方案的逆變器的方法，其中，逆變器連接到具有第一電極和第二電極的中間電路并且具有多個(gè)相系統(tǒng)，相系統(tǒng)分別具有高端開關(guān)機(jī)構(gòu)和低端開關(guān)機(jī)構(gòu)，其中，高端開關(guān)機(jī)構(gòu)在一端連接到第一電極而在另一端連接到低端開關(guān)機(jī)構(gòu)，低端開關(guān)機(jī)構(gòu)在一端連接到高端開關(guān)機(jī)構(gòu)而在另一端連接到第二電極，其中，高端開關(guān)機(jī)構(gòu)和低端開關(guān)機(jī)構(gòu)分別具有包括開關(guān)輸入端、功率輸入端和功率輸出端的斷路器，其中，功率輸入端和功率輸出端在斷路器閉合的情況下相互電氣連接而在斷路器打開的情況下電氣分離。在此又規(guī)定，高端開關(guān)機(jī)構(gòu)和/或低端開關(guān)機(jī)構(gòu)的斷路器的開關(guān)輸入端不僅連接到控制電路而且連接到中間電路電壓限制電路，中間電路電壓限制電路在中間電路中的中間電路電壓超過(guò)電壓臨界值時(shí)閉合斷路器。

而且關(guān)于該方法和/或基于該方法的逆變器可以考慮上述實(shí)施方案用于有利的改進(jìn)。相應(yīng)地重新參照這些上述實(shí)施方案。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明以下根據(jù)在附圖中示出的實(shí)施例進(jìn)一步闡明，而不會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的限制。在此唯一的視圖示出：

圖1是電路裝置的示意圖，該電路裝置具有電機(jī)以及用于驅(qū)控電機(jī)的逆變器。

具體實(shí)施方式

附圖示出電路裝置1的示意圖。該電路裝置具有電機(jī)2以及逆變器3，逆變器用于運(yùn)行電機(jī)2。電機(jī)2經(jīng)由逆變器3與中間電路4連接，例如在該中間電路上也連接有機(jī)動(dòng)車(在此未示出)的蓄能器和/或車載電網(wǎng)。在中間電路4中可以設(shè)有至少一個(gè)中間電路電容器5(在此兩個(gè)中間電路電容器5)。中間電路4可以至少部分形成逆變器3的組成部分。中間電路4具有第一電極6和第二電極7。兩個(gè)電極6和7具有不同電位。例如第一電極6構(gòu)成為正極，而第二電極7構(gòu)成為負(fù)極。

中間電路4以直流電運(yùn)行，直流電例如由蓄能器提取。電機(jī)2然而是交流電機(jī)或三相電機(jī)。相應(yīng)地電機(jī)具有相連接端8、9和10。例如電機(jī)作為異步電機(jī)存在。逆變器3用于將中間電路4的直流電轉(zhuǎn)換為交流電或三相電并且經(jīng)由相連接端8、9和10提供給電機(jī)2。相反地自然可以借助于逆變器3也在電機(jī)2的發(fā)電機(jī)式運(yùn)行中將出現(xiàn)的交流電或三相電轉(zhuǎn)換為直流電并且輸送給中間電路4。

逆變器3具有多個(gè)相系統(tǒng)，其中在此示出的實(shí)施例中為三個(gè)相系統(tǒng)11、12和13。相系統(tǒng)11具有包括斷路器15的高端開關(guān)機(jī)構(gòu)14以及包括斷路器17的低端開關(guān)機(jī)構(gòu)16。相系統(tǒng)12具有包括斷路器19的高端開關(guān)機(jī)構(gòu)18以及包括斷路器21的低端開關(guān)機(jī)構(gòu)20。相系統(tǒng)13最后具有包括斷路器23的高端開關(guān)機(jī)構(gòu)22以及包括斷路器25的低端開關(guān)機(jī)構(gòu)24。斷路器15、17、19、21、23和25中的每個(gè)由功率晶體管26以及二極管27組成，該二極管優(yōu)選作為空載二極管存在。再者，斷路器15、17、19、21、23和25中的每個(gè)具有開關(guān)輸入端28、功率輸入端29以及功率輸出端30。

開關(guān)輸入端28中的每個(gè)與控制電路31電氣連接。借助于控制電路31驅(qū)控?cái)嗦菲?5、17、19、21、23和25或相應(yīng)的功率晶體管26，以便要么將中間電路4的直流電轉(zhuǎn)換為用于電機(jī)2的交流電或三相電，要么相反地將電機(jī)2的交流電或三相電轉(zhuǎn)換為用于中間電路4的直流電。

附加地現(xiàn)在規(guī)定，給高端開關(guān)機(jī)構(gòu)14、16和18的斷路器15、17和19分別配置中間電路電壓限制電路32。該中間電路電壓限制電路具有Z二極管33以及二極管34，它們相互串聯(lián)連接。特別是Z二極管33的陰極與相應(yīng)斷路器15、17或19的相應(yīng)功率輸入端29連接，而Z二極管33的陽(yáng)極經(jīng)由二極管34與相應(yīng)開關(guān)輸入端28連接。此外，給斷路器15、17和19中的每個(gè)并聯(lián)連接電容35。電容35用作濾波器，特別是低通濾波器。

除了電路裝置1的在此示出的元件之外，該電路裝置具有多個(gè)未進(jìn)一步表示的電感。然而這些電感可以不必須存在。在這里示出的情況下，電感僅僅用于描述寄生電感。備選于在此示出的視圖，可以配置中間電路電壓限制電路32給低端開關(guān)機(jī)構(gòu)16、20和14而不是高端開關(guān)機(jī)構(gòu)18、18和22。

中間電路電壓限制電路32用于限制在中間電路4中存在的中間電路電壓。假如電機(jī)2發(fā)電機(jī)式運(yùn)行并且在中間電路4中沒(méi)有足夠大小的電氣負(fù)載，例如以機(jī)動(dòng)車車載電網(wǎng)和/或蓄能器的形式可用，那么該中間電路電壓可以例如大幅上升。盡管如此也應(yīng)在該情況下首先正常地進(jìn)一步運(yùn)行逆變器3，亦即借助于控制電路31驅(qū)控相系統(tǒng)11、12和13用于逆變或整流。此外，選擇Z二極管33的齊納電壓等于用于中間電路電壓的電壓臨界值。

現(xiàn)在，如果中間電路電壓超過(guò)該電壓臨界值，那么Z二極管33導(dǎo)通，只要同時(shí)相應(yīng)相系統(tǒng)11、12或13的低端開關(guān)機(jī)構(gòu)16、20或24導(dǎo)通或者相應(yīng)的斷路器17、21或25閉合。在Z二極管33導(dǎo)通的情況下，給相應(yīng)斷路器15、19或23的開關(guān)輸入端28施加電壓或電流，從而斷路器閉合。

相應(yīng)地在該情況下存在中間電路4的電極6和7經(jīng)由相應(yīng)相系統(tǒng)11、12或13的短路，從而在中間電路4中存在的過(guò)電壓通過(guò)相系統(tǒng)11、12或13消除。因?yàn)檫^(guò)電壓的消除非?？焖俚匕l(fā)生并且在中間電路電壓重新低于電壓臨界值之后之前導(dǎo)通的Z二極管33重新關(guān)斷，所以不會(huì)出現(xiàn)逆變器3的損壞。