用于有源整流器的半桥的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种用于有源整流器的半桥、尤其是具有过压保护的半桥。
【背景技术】
[0002]为了从三相交流系统给直流系统馈电，可以采用不同结构形式的整流器。在此，本申请涉及有源的或受控的桥式整流器，所述有源的或受控的桥式整流器具有例如以公知的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)为形式的有源开关元件。在机动车车载电网中，对应于在那里通常被建造的三相交流发电机，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相数(例如针对五相发电机)和在其它使用场景中的桥式整流器。
[0003]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除了其它原因外因此是值得期望的，因为所述有源桥式整流器与无源的或不受控的桥式整流器相反具有较低的损耗功率。
[0004]然而，尤其是在有源桥式整流器的情况下的关键性的故障情况是甩负荷(英语:Load Dump )。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上的负荷(例如通过切断耗电器)突然被减小并且这没有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。
[0005]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，此外可以通过发电机将能量提供到电网中。所述能量必须能在桥式整流器中被转化(被去除)，以便保护连接在下游的电部件不受过压损害。在无源的或不受控的桥式整流器的情况下，该保护一般通过整流器二极管自身来实现，因为在那里损耗能量可被转化为热。然而，在目前可得到的有源开关元件(例如M0SFET)中，这些特性不能够完全被模拟。因而，附加的保护策略是必要的。
[0006]例如，在甩负荷的情况下，一些或者所有相都可以通过操控所属的开关元件与接地(即低压侧(Lowside))短接。然而，经此所得到的电压降落可导致:不再可以提供用于操控开关元件的能量供给。尤其是，为此所使用的自举电容器(BootStrap-Kondensator)尤其是在低压侧路径(LowSide-Pf ad)中不再可以被再充电。
[0007]因而，值得期望的是说明一种可能性，使得具有过压保护的有源整流器即使在切换短路之后也还正常运转。
【发明内容】
[0008]按照本发明，建议了一种具有专利权利要求1所述的特征的半桥。有利的构建方案是从属权利要求以及在下文的描述的主题。
[0009]本发明的优点按照本发明的用于有源整流器的半桥包括可操控的第一开关元件以及用于操控第一开关元件的第一操控元件，半桥的交流电压端子通过所述可操控的第一开关元件与半桥的接地端子相连(低压侧路径)。被用于第一操控元件的电压供给的第一电容器有利地通过半桥的正直流电压端子馈电。经此，即使在交流电压端子与接地端子之间的短路由第一开关元件主动地制造，电压供给也被确保。
[0010]如果所述半桥具有交流电压端子通过其与正直流电压端子相连的可操控的第二开关元件以及用于操控第二开关元件的第二操控元件，那么是进一步有利的。被用于第二操控元件的电压供给的第二电容器同样有利地由正直流电压端子馈电。经此，用于第二电容器的电压供给也被确保并且在短路情况下不受限制。
[0011 ]此外，半桥还优选地具有第三操控元件，所述第三操控元件在正直流电压端子与接地端子之间的过压的情况下使第一开关元件闭合(所谓的主动短路)，其中所述第三操控元件优选地同样由用于第一操控元件的第一电容器供电。以这种方式，即使在用于保护有源整流器免受过压的主动短路的电路之后也确保了针对第一电容器的电压供给。此外，经此还给出了有源整流器的功能性。
[0012]在主动短路的电路的情况下，由于在交流电压端子上的电流降而在正直流电压端子上可发生电压降落。因为主动短路的触发通过第三操控元件来实现，所以正好在该时间点确保第三操控元件的电压供给是非常重要的，因为否则不能确保操控第一开关元件和借此维持主动短路。通过第一二极管，第一电容器与在正直流电压端子上的电压降落去耦合，正直流电压端子通过所述第一二极管朝导通方向与第一电容器的端子相连。但是经此可以确保:第三操控元件的电压供给即使在正直流电压端子上的短暂的电压降落的情况下也被给出。
[0013]本发明的其它的优点和构建方案从说明书和附图中得出。
[0014]易于理解的是，在上文所提到的和在下文还要进行解释的特征不仅以分别被说明的组合而且以其它的组合或者单独地是可使用的，而不离开本发明的范围。
【附图说明】
[0015]本发明依据实施例在附图中示意性地被示出并且随后参考附图详细地被描述。
[0016]图1示意性地示出了具有过压保护的有源整流器的半桥(未按照本发明)。
[0017]图2示意性地示出了在按照本发明的装置的优选的构建方案中的具有过压保护的有源整流器的半桥。
[0018]图3示意性地示出了在车载电网中的用负荷试验(Load-Dump-Test)的典型的结构。
[0019]图4示意性地示出了在甩负荷情况下在具有按照本发明的优选的构建方案的半桥的有源整流器的正直流电压端子上的电压的典型的变化过程。
【具体实施方式】
[0020]在图1中示意性地示出了用于具有过压保护的有源整流器的半桥100的未按照本发明的电路。半桥100包括交流电压端子100、正直流电压端子120以及接地端子130。
[0021]通过第一开关元件111(例如M0SFET)，交流电压端子110与接地端子130相连(低压侧)。通过第二开关元件121(同样例如M0SFET)，交流电压端子110与正直流电压端子120相连(高压侧(HighSide))。
[0022]第一开关元件111由第一操控元件112(例如放大器)控制。与第一操控元件112相连的第一电容器114连同在接地上的端子形成针对第一操控元件112的电压供给(自举原理)。第一电容器114通过第一二极管113与交流电压端子110相连，第一电容器114通过该交流电压端子110被馈电。第一二极管113被切换为使得只有从交流电压端子110到第一电容器114的电流方向是可能的。在另一侧，第一电容器有在接地上的端子。
[0023]第二开关元件121由第二操控元件122(同样例如放大器)控制。与第二操控装置122相连的第二电容器124连同在交流电压端子110上的端子形成针对第二操控元件122的电压供给。第二电容器124通过第二二极管123与正直流电压端子120相连，第一电容器114通过该正直流电压端子120被馈电。第二二极管113被切换为使得只有从正直流电压端子120到第二电容器124的电流方向是可能的。在另一侧，第二电容器与交流电压端子110相连。
[0024]这种类型的接线方案使得同步整流成为可能，也就是说开关元件与交流电压的极性交替基本上同步地切换。为了避免不符合期望的短路(也就是说两个开关元件都是导通的)，电感被接在第一操控元件112的输出端上，所述电感导致第一开关元件111的被延迟的切换。
[0025]附加地，半桥100拥有第三操控元件132、例如磁滞元件(也就是说接通阈和关断阈是不同的)。第三操控元件132测量在正直流电压端子120与接地端子130之间的电压，第三操控装置132的测量输入端分别与所述正直流电压端子120和所述接地端子130相连。针对第三操控元件132的电压供给通过第一电容器114连同在接地上的端子来实现。如果在正直流电压端子120与接地端子130之间的电压超过上阈值(接通阈)，那么第三操控元件132使第一开关元件111闭合。
[0026]