用于有源整流器在甩负荷情况下的过压保护的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有在甩负荷情况下防止过压的装置的用于有源桥式整流器的整流器模块、一种具有相对应的整流器模块的有源桥式整流器、一种具有这样的桥式整流器的发电机装置、一种相对应的机动车车载电网、一种所属的运行方法和用于实施该运行方法的装置。
【背景技术】
[0002]为了从三相交流系统给直流系统供电，不同结构形式的整流器可以被采用。在机动车车载电网中，对应于在那里通常被建造的(verbaut)三相交流发电机，常常使用六脉冲实施的桥式整流器。然而，本发明以相同的方式适合于针对其它的相数(例如针对四相或者五相发电机)的桥式整流器。
[0003]甩负荷(英语:LoadDump)是在桥式整流器的情况下的关键性的运行情况。如果在高励磁的发电机和相对应高的所发出的电流的情况下在发电机或与之相连的桥式整流器上的负荷(例如通过切断耗电器)突然减小并且这不能被在直流电网中的以电容方式起作用的元件(例如在机动车车载电网中的电池)截住，那么出现甩负荷。在这种情况下，在直至为大约300到500ms的持续时间的极端情况下，由于发电机中的未被排出的能量，高电压可能会通过与发电机相连的桥式整流器被提供到机动车车载电网中。因而一般在桥式整流器中，该高电压必须能被截住，以便保护在机动车车载电网中的电部件免受过压损害。在无源桥式整流器的情况下，这通过在那里所建造的整流器齐纳二极管实现。在所述整流器齐纳二极管中，过压可以被嵌位(kla_ern)并且多余的能量被转化为热量。
[0004]然而，诸如在DE 10 2009 046 955 Al中所解释的那样，在机动车中采用有源桥式整流器是值得期望的，还有其它因素，因为所述有源桥式整流器与无源的或不受控制的桥式整流器相反具有较小的损耗功率。目前可得到的用于这种有源桥式整流器的可操控的(ansteuerbar)或有源的开关元件(例如M0SFET)没有具有足够的稳健性的集成的嵌位功能而且不能截住过压。因而在有源桥式整流器中，附加的保护策略是必需的。
[0005]例如，在甩负荷的情况下，发电机相可以通过将上面的或者下面的整流器支路的所有开关元件短时间地切换为导通地被短接，诸如也在DE 198 35 316 Al中所公开的并且在DE 10 2009 046 955 Al中所讨论的那样。这尤其是基于对附在有源桥式整流器的直流电压端子上的输出电压的分析而实现。如果该输出电压超过预先给定的上限阈值，那么使相对应的短路开始，并且输出电压下降。如果该输出电压由此低于预先给定的下限阈值，那么所述短路结束(aufheben)，并且该输出电压重新上升。因此涉及典型的磁滞特性。因而，该输出电压在甩负荷的情况下基本上在上限阈值和下限阈值之间往复摆动。
[0006]这里，问题可能在所谓的分散式构造的有源桥式整流器中出现，其中各个半桥分别具有独立的操控电路(Ansteuerschaltung)，所述操控电路分别单独地检测输出电压。这些具有独立的操控电路的半桥在本申请的范围内也被称作整流器模块或者相模块。因为在这些操控电路中一定的公差是不可避免的，所以在各个半桥中可发生不同的开关特性，如在下面所解释的那样。这尤其是涉及借助于专用集成电路(英文:applicat1n specificintegrated circuits，ASIC)来实现的操控电路。由于不同的开关特性，有源桥式整流器中的各个开关元件可以明显过载，这可导致相对应的开关元件的热损坏和停止运转。
[0007]因而存在对用于有源整流器在甩负荷情况下的改善的保护策略的需求。
【发明内容】
[0008]在该背景下，本发明建议了具有独立权利要求的特征的一种具有在甩负荷情况下防止过压的装置的用于有源桥式整流器的整流器模块、一种具有相对应的整流器模块的有源桥式整流器、一种具有这样的桥式整流器的发电机装置、一种相对应的机动车车载电网、一种所属的运行方法和用于实施该运行方法的装置。
[0009]本发明的优点
如所提及的那样，本发明涉及具有有源桥式整流器的发电机装置在甩负荷的情况下的运行。如所解释的那样，这样的运行可以包括:通过同时操控(并且由此同时接通)整流器支路的所有下面的或者所有上面的可操控的或有源的开关元件，将发电机相或有源桥式整流器的与这些发电机相相对应的交流电压端子彼此导通地连接(短接)，并且再次同时又结束相对应的短路。即引起或结束相短路。
[0010]在所提及的分散式构造的有源桥式整流器(在所述有源桥式整流器中，各个半桥分别具有独立的操控电路，所述操控电路分别单独地检测附在有源桥式整流器的直流电压端子上的输出电压)中，也力求这样的运行，然而在现有技术中由于在开头所解释的在电压识别的情况下的公差和/或操控电路的连接在下游的(nachgeordnet)元件而并不总是实现这样的运行。而按照本发明的措施使得这样的运行成为可能。
[0011]由于所提及的公差可发生的是:半桥的操控电路只有在输出电压的电压值比所有其它半桥更高的情况下才切换到导通的状态。由此，尽管在所有半桥中有相同的预给定，但是在该操控电路中有效地得出更高的上限阈值。
[0012]相对应的情况也适用于下限阈值，也就是说半桥的操控电路只有在输出电压的电压值比所有其它半桥更低的情况下才又开始进行(aufnehmen)正常的运行并且由此尽管在所有半桥中有相同的预给定但是有效地拥有更低的下限阈值。
[0013]最后解释的情况被证明为是特别关键的。因为所有其它半桥的操控电路在具有有效地更低的阈值的操控电路之前又开始进行正常的运行，所以输出电压又上升。因而可发生的是，具有有效地最低的阈值的操控电路从不检测在所述有效地最低的阈值之下的输出电压。相对应地被操控的开关元件由此持久地保持被切换为导通的。
[0014]可能因此各个相又开始进行正常的整流，而其它的相持久地保持在导通状态下。其它的相必要时决不进入持久导通的状态。该特性导致得到的相电流的不对称，如在下面所解释的图2中所阐明的那样。由于此，整流器中的各个开关元件可明显过载，这可导致相对应的开关元件的热损坏。由此，有源桥式整流器过早的停止运转或者对由甩负荷所引起的过压的不足够的限制是可能的。
[0015]如通常所公知的那样，有源桥式整流器具有利用其相应的开关元件限定上面的和下面的或高压侧(Highside)和低压侧(Lowside)整流器支路的半桥。借助于被布置在上面的或高压侧整流器支路中的开关元件可以分别建立一个或多个交流电压端子与正的直流电压端子的连接，并且借助于被布置在下面的或低压侧整流器支路中的开关元件可以建立一个或多个交流电压端子与负的直流电压端子的连接。因此，每个半桥都具有两个串联在两个直流电压端子之间的并且可操控的开关元件，所述交流电压端子中的一个分别被连接在所述两个开关元件之间。
[0016]借助于交流电压端子，有源桥式整流器与相对应的数目的发电机相相连，直流电压端子供给直流电压车载电网。正的直流电压端子也用B+来标明。负的直流电压端子(也用B-来标明)尤其是可以接地。在有源桥式整流器的进行整流的运行的情况下，输出电压附在直流电压端子上，所述输出电压可以与所连接的车载电网的车载电网电压相对应。易于理解的是，相对应的有源桥式整流器也可以逆变式地运行(例如在混合动力车辆中)。这样的运行阶段在这里不被考虑。然而易于理解的是，如果在本申请的范围内谈到发电机，在这种情况下也可涉及不仅可发电机式地而且可电动机式地运行的电机。相对应的情况也适用于在相对应的运行阶段中也可以是可逆变式地运行的有源整流器。
[0017]如事先所提及的那样，本发明在此涉及所谓的分散式桥式整流器，其中每个半桥都包括操控电路。由此，分别形成用于有源桥式整流器的整流器模块，所述整流器模块具有两个串联在两个末端端子之间的开关元件，中间抽头(Mittelabgriff)被构造在所述两个开关元件之间。在整流器模块的被建造的状态下，所述两个末端端子对应于有源桥式整流器的直流电压端子，所述中间抽头对应于交流电压端子中的一个。在此，接下来的解释涉及有源桥式整流器，所述有源桥式整流器由相对应的整流器模块构建，使得在交流电压端子方面的实施方案也可以涉及整流器模块的末端端子并且在交流电压端子方面的实施方案也可以涉及整流器模块的中间抽头。按照本发明，该操控电路包括监控单元、同步单元和操控单元，而且被构造为用于在甩负荷情况下保护车载电网的保护电路。
[0018]按照本发明，监控单元被设立为:如果测量电压超过上限阈值，那么检测该测量电压并且输出请求信号。在此，该请求信号被输出直到存在其它的条件或者持续预先给定的时间间隔，如下面进一步被解释的那样。即通过超过上限阈值被接上并且稍后又被关断，但是不是就要通过紧接着的低于上限阈值又被关断。
[0019]同步单元被设立为:只要事先所解释的监控单元输出请求信号，就在可与同步线路相连的并且在相对应的有源桥式整流器中采用整流器模块的情况下与这种同步线路相连的同步端子上输出同步信号，并且在其它情况下在同步信号方面监控同步端子，所述同步信号在有源桥式整流器中采用整流器模块的情况下必要时附在同步线路上，因为该同步信号由另一同步单元输出。
[0020]在本发明的不同的实施形式中可以一直输出请求信号，直到测量电压低于下限阈值和/或直到最小时间过去和/或用于给整流器模块或各个半桥的相对应的操控电路供电的能量源不再可以再充电，如下面所解释的那样。在相对应的有源桥式整流器中采用整流器模块的情况下，测量电压通过附在所述两个直流电压端子之间的输出电压构成，并且在正的直流电压端子上被测量。
[0021]最后，操控单元被设立为:如果监控单元输出请求信号和/或如果同步信号通过监控单元基于对同步端子的监控而被探测到并且其可选地被识别为有效的，那么至少暂时在操控时间间隔期间将两个开关元件中的一个切换为导通的。该操控时间间隔可以对应于如下整个时间间隔:在所述时间间隔期间，监控单元输出请求信号和/或在所述时间间隔期间同步信号通过监控单元基于对同步端子的监控而被探测到并且必要时被认为有效。然而该操控时间间隔有利地通过最大时间间隔被限制或被限制到最大时间间隔上，所述最大时间间隔要大于预先给定的为例如500ms的最小时间地被选择。
[0022]如果由请求信号所引起的相短路被维持为例如500ms或者更长的最小时间，那么附在所述直流电压端子之间的输出电压(例如在正的直流电压端子B+上被测量)落到(einbrechen)为(近似)0V的值。因而必须从另一能量源、通常从电容器给半桥的操控电路的操控逻辑电路(例如ASIC)和功率开关(例如M0SFET)供电。这种电容器例如作为所谓的自举电容(Bootstrap-