用于使中间电路电容器主动放电的装置和方法与流程

1.本发明涉及一种用于使中间电路电容器主动放电的装置和方法。


背景技术：

2.中间电路电容器例如在电动车辆或混合动力车辆的牵引电网中使用，在这些牵引电网处，这些中间电路电容器布置在牵引电池与用于电机的逆变器之间。尤其是在使用超过60 v的电压的高压系统的情况下，如果例如在碰撞情况下切断系统，则需要对中间电路电容器的快速且可靠的放电。主动放电的可能性在于：有针对性地接通欧姆负载，通过该欧姆负载将存储在中间电路电容器中的能量转化成热量。在此出现的对负载的要求并非没有问题，因为电流可能变得非常大并且所产生的热量必须被排出。


技术实现要素：

3.因而，本发明所基于的技术问题在于：提供一种经改善的用于使中间电路电容器主动放电的装置以及提供一种适合的方法。
4.该技术问题的解决方案通过按照本发明的装置以及按照本发明的方法得到。本发明的其它有利的设计方案从从属权利要求中得到。
5.为此，用于使至少一个中间电路电容器主动放电的装置包括至少一个半桥电路，该半桥电路具有高压侧晶体管和低压侧晶体管，其中该半桥电路与中间电路电容器并行地布置。此外，与中间电路电容器并行地布置有由至少两个电阻构成的分压器，其中该分压器的分接点与至少一个微分元件或微分器连接。半桥电路分配有至少一个用于产生栅极驱动信号的驱动模块以及至少一个控制器，其中该控制器构造为：在主动放电模式中，根据微分元件的输出信号来控制半桥电路的至少一个晶体管。该装置的优点可以概括如下。由于在正常运行时的高电流，半桥电路的晶体管非常好地热耦合，以便将损耗热量排出。另一方面，这些晶体管不能在持续短路中运行，因为那么这些晶体管可能会被破坏。现在，通过微分元件，在不直接测量电流的情况下确定中间电路电容器的放电电流，即该放电电流与在中间电路电容器处的电压的随时间的变化成比例。如果接着电流过大，则可以相对应地使至少一个晶体管截止，以便限制通过电流。原则上，可以持续进行操控。
6.然而，该操控优选地像在正常运行时那样脉冲式地进行。为此，在微分元件的下游布置有比较器，其中在主动放电模式中，该至少一个晶体管根据该比较器的输出信号来被操控。形象地，只要微分元件的输出电压在数值上小于参考电压，该晶体管就一直被导通。如果微分元件的输出电压超过参考电压，则该晶体管暂时被截止，直至微分元件的输出电压再次下降到低于参考电压为止。这是闭环控制回路。
7.在另一实施方式中，微分元件和/或比较器分配有开关元件，其中控制器构造为：在主动放电模式中通过该开关元件来接通微分元件和/或比较器并且在主动放电模式之外关断微分元件和/或比较器，使得节省能量并且避免可能的反作用。优选地，通过开关元件来接通或切断供电电压。
8.在另一实施方式中，微分元件和/或比较器构造为运算放大电路。
9.在另一实施方式中，半桥电路仅分配有针对一个晶体管的微分元件，其中控制器构造为：在主动放电模式期间持久地导通另一晶体管。这减少了电路技术花费。如果借助于驱动模块针对正常运行进行持久导通，则同时确保了短路监控。
10.优选地，微分元件被分配给低压侧晶体管。
11.如果存在多个半桥电路，则原则上针对主动放电仅使用一个半桥电路就足够。但是可能的是：给至少一个其它的半桥电路分配微分元件或者甚至给所有半桥电路分配微分元件。优点在于冗余以及分配半桥的负荷的可能性。
12.该装置的一个优选的应用领域是在机动车的牵引电网中使用。
13.在另一实施方式中，微分元件和/或比较器集成在半桥电路的至少一个晶体管的驱动模块中。
14.关于本发明的方法方面的设计方案，完全参考上文的实施方案。
附图说明
15.随后，本发明依据一个优选的实施例更详细地予以阐述。唯一的附图示出了用于使中间电路电容器主动放电的装置的示意性的电路装置。
具体实施方式
16.在图1中示意性示出了用于使中间电路电容器c主动放电的装置1。中间电路电容器c位于正高压连接端hv+与负高压连接端hv-之间。与中间电路电容器c并行地布置有半桥电路hb，该半桥电路具有高压侧晶体管hst和低压侧晶体管lst，其中出于清楚原因未示出续流二极管。高压侧晶体管hst和低压侧晶体管lst的栅极连接端分别分配有驱动模块tb，这些驱动模块分别包含用于产生栅极驱动信号的驱动电路。但是，这些驱动电路也可以集成在共同的驱动模块中。驱动模块tb由控制器2来操控。此外，与中间电路电容器c并行地布置有分压器，该分压器具有两个欧姆电阻r1、r2。此外，装置1具有微分元件3以及比较器4，该微分元件以及该比较器两者都构造为运算放大电路。微分元件3的运算放大器5作为常规微分器与输入电容c
diff
和在反馈支路中的电阻r
diff
接线。在此，微分元件3具有在运算放大器5的供电电压连接端与供电电压vcc之间的开关元件6，该开关元件由控制器2来操控。微分元件3的输入端与分压器的中间抽头连接。相对应地，微分元件3的输出电压被计算为u
a =
ꢀ‑ꢀrdiff
ꢀ∙ꢀcdiff
ꢀ∙ꢀ
du/dt。这是对中间电路电容器c的放电电流的反映。微分元件3的输出端与比较器4的运算放大器7的负输入端连接，参考电压u
ref
附在该运算放大器的正输入端处。在运算放大器7的供电电压连接端处同样布置有开关元件8，该开关元件同样由控制器2来操控。比较器4的输出端（必要时经由未示出的诸如二极管那样的解耦元件）与低压侧晶体管lst的栅极连接端连接。
17.在正常运行时，控制器2将开关元件6和8断开，使得微分元件3和比较器4关断。如果现在控制器2检测到中间电路电容器c应该主动被放电的情况，则控制器2将低压侧晶体管lst的驱动模块tb关断或者切换成高欧姆并且将开关6、8闭合。此外，控制器2操控高压侧晶体管hst的驱动模块tb，使得该驱动模块将高压侧晶体管hst持久导通。一开始，在中间电路电容器c处的电压变化可忽略，使得比较器4将低压侧晶体管lst导通。因此，两个晶体管
都导通并且有高电流流动，使得在中间电路电容器c处的电压变化变得更大。这导致在微分元件3处的输出电压升高。如果接着在微分元件3处的输出电压达到在比较器4处的参考电压u
ref
，则该比较器将低压侧晶体管lst关断。由此，因为半桥电路hb截止，所以在中间电路电容器c处的电压变化变得更小。如果接着在微分元件3处的输出电压下降到低于参考电压u
ref
，则低压侧晶体管lst再次被接通。这一直重复，直至中间电路电容器c被放电到预先给定的电压为止。该电路的优点在于：该电路以鲁棒的模拟技术来构造、可自我调节、使用已经存在的热连接并且非常快。
18.附图标记列表1
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装置2
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控制器3
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微分元件4
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比较器5
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运算放大器6
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开关元件7
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运算放大器8
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切换元件hb
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半桥电路c
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中间电路电容器r1、r2、r
diff
、r
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欧姆电阻c
diff
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输入电容tb
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驱动模块hst
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高压侧晶体管lst
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低压侧晶体管