包括保护装置的电压转换器的制作方法

本发明尤其涉及一种电压转换器，特别是用于旋转电机或dc-dc电压转换器的电压转换器。电压转换器包括保护装置及其保护方法，该保护装置提供检测开关臂的功率部件之一的故障的手段。

背景技术：

1、本发明特别有利地适用于旋转电机领域，例如交流发电机、起动交流发电机或者甚至可逆电机或电动马达。可以知晓，可逆电机是能够可逆地运行的旋转电机，当作为交流发电机运行时作为发电机运行，或者作为电动马达运行，例如用于启动车辆比如机动车辆的内燃机。

2、车辆的车载电网用于向车辆的各种电气设备供电。电网的电力供应由至少一个电池提供，该电池可以由旋转电机再充电。

3、旋转电机包括电压转换器、能够绕轴线旋转的转子和固定的定子。在交流发电机模式下，当转子旋转时，它会在定子处感应出磁场，该磁场通过电压转换器将其转换成dc电流，以便向车辆的电气负载供电并给电池再充电。在马达模式下，定子通过电压转换器供电，电压转换器作为逆变器运行，感应出旋转转子的磁场，例如启动内燃机。

4、电压转换器包括用于电机定子的每一相或变压器的每一绕组的开关臂。每个开关臂包括两个电功率部件，例如晶体管。在开关臂的至少一个电功率部件发生故障的情况下，在所述开关臂中流动的电流可能会迅速损坏无缺陷的部件并损坏电网，特别是使电池放电。

5、存在各种保护电路，它们提供检测电功率部件之一的故障的手段，特别是通过测量要保护的部件的端子之间的电压。这些方法优选使用控制芯片。然而，这些控制芯片可能不具有足够的精度、足够的检测阈值或足够的检测速度来有效地保护部件。此外，这些芯片通常很昂贵，并且难以放置在电压转换器的有限空间中。

技术实现思路

1、本发明旨在通过提出一种有效且易于实现的检测开关臂故障的方法来避免现有技术的缺点。

2、为此，本发明的主题因此是旨在电连接到电网的电压转换器，该电压转换器包括至少一个开关臂，该开关臂包括旨在电连接到电网的电接地的接地端子，旨在电连接到电网的正端子的电源端子，第一和第二功率部件，每个都作为设计成在断开状态和接通状态之间切换的开关操作，功率部件彼此串联地布置在接地端子和电源端子之间，相端子布置在第一功率部件和第二功率部件之间，并且旨在电连接到电绕组。根据本发明，电压转换器还包括用于开关臂的保护装置，该装置配置成检测第一和第二功率部件处于接通状态的故障模式，该保护装置包括测量模块和检测模块，该测量模块被设计成基于开关臂的测量电压和参考电压传输偏移电压，该检测模块被设计成传输对应于偏移电压的积分的积分信号。

3、术语“接通状态”被理解为表示功率部件允许电流流动，与术语“断开状态”相反，在“断开状态”，电流不流过所述部件。它可以是功率部件可操作并且由电压转换器的控制模块控制为活动的状态，或者是功率部件发生故障的状态。

4、通过计算在开关臂中的一点处测量的电压和参考电压之间的偏差的积分，本发明提供了以高效、快速、可靠、节省空间和廉价的方式检测功率部件之一的故障的手段。

5、根据一实施例，保护装置被设计成检测其中一个功率部件由于故障而处于接通状态并且另一个部件由于其操作而处于接通状态的情况。

6、根据一实施例，在开关臂的接地端子或电源端子处测量开关臂的测量电压。这提供了检测开关臂故障而不是功率部件本身故障的手段。这允许保护装置的尺寸减小。

7、根据一实施例，测量电压是在电气部件的端子之间测量的，或者是在电迹线上的一点处测量的。这使得电压测量得以简化。

8、根据一实施例，参考电压对应于与测量电压相同类型的信号，特别是比测量电压更干净的信号。例如，当在接地端子处测量测量电压时，参考电压是在与测量电压不同的位置处测量的接地电压。仍例如，当在电源端子处测量测量电压时，参考电压是在与测量电压不同的位置处测量的电源电压。

9、根据一实施例，在电压转换器的正输入/输出端或者在电压转换器的接地端测量参考电压。

10、根据一实施例，参考电压是在开关区之外测量的电压。开关区由具有开关臂的功率模块和/或具有至少一个滤波电容器的电容器模块形成。这使得可以具有没有寄生成分的更干净信号。

11、根据一实施例，测量模块包括串联布置的电阻器和电感器。这提供了以简单方式确定偏移电压的手段。

12、例如，测量模块包括回路电感器，偏移电压是所述回路电感器的端子之间的电压。积分信号对应于流过回路电感器的电流的变化，即积分信号是回路电感器的端子之间的电压除以电感器的值的积分图像。

13、根据一实施例，测量模块包括滤波电容器。

14、根据一实施例，检测模块包括布置在地电位和检测模块的输出端子之间的电容器、布置在检测模块的输入端子和所述输出端子之间的第一电阻器以及布置在地电位和检测模块的输出端子之间的第二电阻器。电容器和两个电阻器之间的关联提供了确定偏移电压的积分信号的斜率的方法。此外，两个电阻器提供了确定积分信号的偏移的手段，以防止所述信号达到可能损坏比较模块的负值。

15、根据一实施例，检测模块还包括布置在输入端子和第一电阻器之间的齐纳二极管。这使得积分信号的精度得以提高。

16、根据一实施例，检测模块还包括布置在电容器与第一电阻器和第二电阻器之间的第三电阻器。这提供了延迟积分信号的手段，允许避免比较模块的错误检测。

17、根据一实施例，检测模块还包括布置在第一电阻器和输入端子之间的保护二极管。

18、根据一实施例，保护装置还包括比较模块，该比较模块被设计成传输比较信号，提供确定积分信号是否高于阈值的手段。例如，当积分信号高于阈值时，比较信号是有效的。

19、根据一实施例，比较模块包括比较器。

20、根据一实施例，保护装置还包括存储模块，该存储模块被设计成当检测到故障模式时传输错误信号。

21、根据一实施例，第一和第二功率部件是晶体管，特别是mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)晶体管。

22、根据一实施例，开关臂包括电连接在电源端子和接地端子之间的滤波电容器。

23、本发明的另一主题是一种包括如上所述的电压转换器的旋转电机。旋转电机可以有利地形成交流发电机、起动机-交流发电机、可逆电机或电动马达。

24、根据一实施例，旋转电机包括定子，该定子包括形成多相的电线圈绕组，每相经由相端子电连接到开关臂。

25、电压转换器也可以形成dc-dc(直流-直流)电压转换器。

26、本发明还涉及一种用于保护旨在电连接到电网的如上所述的电压转换器的开关臂的方法，该开关臂包括：旨在电连接到电网的电接地的接地端子，旨在电连接到电网的正端子的电源端子，第一和第二功率部件，每个都作为设计成在断开状态和接通状态之间切换的开关操作，功率部件彼此串联地布置在接地端子和电源端子之间，相端子布置在第一功率部件和第二功率部件之间，并且旨在电连接到电绕组。根据本发明，检测方法被设计成经由保护装置检测其中第一和第二功率部件处于接通状态的故障模式，所述方法包括基于开关臂的测量电压和参考电压确定偏移电压的步骤，以及被设计成传输对应于偏移电压的积分的积分信号的检测步骤。

27、这种方法提供了以高效、快速、可靠、节省空间和廉价的方式检测功率部件之一的故障的手段。