用于操控换流器的电路装置的制作方法

1.本发明涉及一种电路装置，所述电路装置改善了对换流器进行的对于不同的运行模式的操控。


背景技术：

2.例如用在电动车辆和混合动力车辆中的电驱动系统使用换流器，所述换流器借助于直流电压来提供用于运行电机的电流。带有中间电路电容器的直流电压中间电路位于这样的逆变器的输入端处。
3.在故障情况下能够必需的是：将所连接的电机带入到可靠的运行模式中。这样的可靠的运行模式能够例如包括换流器的主动的短路，其中所述换流器的所有的高边开关或者所有的低边开关都被闭合。替代地也能够将空转模式设置为可靠的运行模式，其中全桥的所有的开关都被断开。
4.此外，在这样的情况下所述直流电压中间电路应该快速地且可靠地被放电。为了换流器的中间电路的主动的快速放电，能够有针对性地在所述换流器的操控的阶段中提供半桥短路。
5.文献de 10 2016 207 373描述了中间电路电容器在逆变器装置中的放电。在与逆变器相连接的电机在作为可靠的状态的空转中运行期间，所述中间电路电容器例如能够被放电。所述中间电路电容器的放电通过定时触发所述逆变器之内的半导体开关来进行。在此，逆变器的下述电桥支路被分别挑选用于所述定时触发：所述电桥支路的相电压最小。
6.在使用该方法时困难的是，在所述定时触发时利用半桥短路来调节短路电流的强度。


技术实现要素：

7.本发明公开了一种按照独立权利要求的特征的用于操控换流器的电路装置、用于操控换流器的方法、计算机程序产品、计算机可读的存储介质以及驱动系统，它们至少部分地具有所提及的效果。有利的设计方案是从属权利要求以及接下来的说明书的主题。
8.为了使得在所述定时触发时能够利用用于中间电路电容器的快速放电的半桥短路更简单地调节短路电流的强度，根据本发明提出了：当换流器运行在快速放电的模式中时，通过所述换流器的切换元件的控制接头借助于被提高的电阻来限制电流。换流器的有关的切换元件由于被提高的串联电阻而更缓慢接入并且因此能够更简单地调节。在所述换流器的正常模式
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运行中、也就是说在所述换流器例如驱动一电机的运行模式中，希望快速的切换以用于降低换流器的损耗功率，因此为此在正常模式
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运行中在栅极驱动级与换流器的切换元件的控制接头之间连接低阻抗的串联电阻。仅仅对于中间电路的主动的快速放电的运行模式而言提高所述换流器的切换元件的控制接头的串联电阻。然而，所述串联电阻的这样的变化也能够被用于优化所述换流器的运行状态。
9.用于这样的切换设备的两个所需的不同大小的串联电阻对于换流器的正常模式
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运行而言能够与能控制的开关如此接线，以使得而后跨接更高的电阻。然而对于这样的能控制的开关的接入而言，在接入所述换流器的切换元件时需要几个10ns，从而在低阻抗的串联电阻起作用之前，所述换流器的能控制的开关的每个接入过程在第一个x*10ns期间将会通过高电阻的串联电阻来进行。此外，对于带有在控制接头处的定时触发的电压的这样的能控制的开关进行的传统的操控在电路技术方面将是麻烦的并且因此是更昂贵的。
10.对于用于所述换流器切换元件的未来的功率半导体、如例如sic
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mosfet或者一般的宽带隙功率半导体而言，随着其明显地更快地切换行为，能控制的开关的接入延迟不再能够忽略不计，因为所述接入延迟在所述换流器的切换元件的更高的接入损耗方面产生影响，这导致了所述换流器的更高的总损耗。
11.本发明基于下述考虑：利用简单的电路已经在所述换流器的切换元件的被切断的状态中主动切换串联电阻切换装置，并且因此已经在换流器的切换元件的惯常的接入过程开始时使得低阻抗的栅极串联电阻起作用。
12.用于操控换流器且用于所述换流器的至少两个不同的运行模式的按照本发明的电路装置具有用于连接栅极驱动输出级的输入接头，其中，所述栅极驱动输出级提供用于接入所述换流器的切换元件的电压。此外，所述电路装置具有输出接头，所述输出接头用于将电路装置与所述换流器的大量的切换元件中的一个切换元件的控制接头连接起来。因此，所述换流器由于其大量的切换元件也能够具有大量的这样的按照本发明的电路装置。
13.此外，所述电路装置具有至少两个电阻，利用所述至少两个电阻能够切换所述换流器的至少两个不同的运行模式。然而例如由于电磁兼容性或者所述换流器的切换元件的负载的限制，切换速度能够限制用于正常模式
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运行（所述正常模式支持快速的切换）的例如1欧姆的较小的电阻。此外，例如25欧姆的较高的电阻用来降低换流器的切换元件的切换速度，因此，在所述换流器的中间电路的快速放电的模式的中，能够更容易地调节所述换流器的切换元件的定时触发。
14.此外，所述电路装置具有切换单元，所述切换单元能够采用两个切换状态。在所述切换状态中的一个切换状态中，所述切换单元阻止电流穿过切换单元，在另外的切换状态中，电流能够流动穿过所述切换单元流动。该切换单元与至少两个电阻如此电连接，以使得根据所述切换单元的切换状态至少两个不同的电阻值在所述输入接头与输出接头之间起作用。切换单元和电阻的这样的共同作用能够以不同的方式来实现。此外，所述电路装置还具有控制单元，所述控制单元被设定用于根据换流器的运行模式将所述切换单元控制到相应的切换状态中。为此，所述控制单元要么从换流器要么从所述换流器的操控装置得到呈模拟的或者数字的形式的信号，其促使所述切换单元根据所述换流器的模式来设定所述切换单元。
15.利用该电路装置实现了：根据换流器的运行模式不同大小的电阻能够在所述栅极驱动输出级与所述换流器的切换元件的控制接头之间起作用，以便限制电流，因此所述切换元件根据换流器的模式不同速度地切换。
16.按照本发明的设计方案提出了：所述切换单元被设定用于根据所述控制单元的不同的、尤其非定时触发的控制信号来改变所述切换状态。也就是说，所述切换单元通过相应的控制信号被切换。特别地，该控制信号并不随着所述换流器的或者换流器的切换元件的操控的周期而进行接入和切断。所述控制信号例如是电压，只要不改变所述换流器的运行
模式，那么就不改变所述控制信号的值。
17.因此，对于该电路装置而言的电路耗费是低的并且因此是成本低廉的。对于所述切换单元进行的定时触发的控制可能需要例如电位分离和另外的电路耗费。
18.按照改善了本发明的措施提出了，所述切换单元被设定用于：借助于所述控制单元的控制信号并且在所述电路装置的运行中以及当不仅所述栅极驱动级而且所述换流器也在运行中且被连接时与该四个单元如此共同作用，从而在所述换流器的至少两个的运行模式中的一个运行模式中，将所述切换单元永久地切换为导通。
19.优点尤其在于：由于所述切换单元的永久的导通，在所述换流器的正常模式
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运行的运行状态中不增加额外的切换延迟。
20.按照本发明的另一设计方案提出了：所述切换单元具有两个互补的能控制的开关，它们反并联地连接。
21.能够使用电容式地连接的切换元件、像例如单极的元器件作为能控制的切换元件。作为对于这样的能控制的切换元件的实施例能够列举出hemt（high
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electron
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mobility transistor）（即带有高电子迁移率的晶体管）、jfet（英文：junction
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fet、或者说non
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insulated
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gate
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fet、nigfet）（结型场效应晶体管）、mosfet、igbt（insulated
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gate bipolar transistor）（即带有绝缘的栅极的双极晶体管）或者晶闸管。此外，共源共栅（kaskoden）、也就是说常开型（normally
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on）元器件和低压半导体的串联电路能够用于控制所述电流。这样的互补的并联电路也能够利用双极的晶体管来实现。
22.在本发明的另一设计方案中提出了，所述切换单元被设定用于：使所述切换单元的两个互补的能控制的开关中的至少一个开关在所述换流器的至少两个运行模式中的一个运行模式中切换为始终导通，以便将所述切换单元切换为永久地导通。
23.如另外接下来在本发明的实施例中还要更详细地所阐释的那样，在所述换流器的正常模式
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运行中在所述换流器的切换元件的接入过程开始时接入反并联地连接的、互补的能控制的开关中的一个开关，并且临近所述切换元件的接入过程结束时接入第二个能控制的开关。因此，在正常模式
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运行中将所述切换单元永久地切换为导通，并且因此在所述换流器的切换元件的接入过程的整个的阶段上，所述电路装置相应的更低的串联电阻起作用。因此，所述至少两个不同的电阻通过用于快速的中间电路放电的功能的电路装置来进行切换的可能性能够在不限制惯常的接入行为的情况下被设置。
24.按照本发明的另一设计方案提出了：所述两个互补的能控制的开关的相应的控制接头被所述控制单元在所述至少两个运行模式中的一个运行模式中加载有不同的、尤其非定时触发的切换接头
‑
预电压以作为控制信号。
25.因此实现了：不仅在开始接入所述切换元件时而且也在临近接入阶段的结束时，通过所述栅极驱动输出级的切换电压与所述换流器的控制单元的栅极电位的共同作用以及所述控制单元的控制信号，分别可靠地导通所述切换单元的反并联的、受控制的开关中的一个开关。这在下文中对于一种实施例而言还要更详细地阐述。
26.按照本发明的另一设计方案提出了：所述两个互补的能控制的开关在所述控制接头与所述切换接头之间具有电容器连同放电电阻的并联电路，以便提高能控制的开关的控制接头的有效的电容量。由此实现了：在所述换流器的运行模式中——所述运行模式被设置用于所述中间电容器随着定时触发
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运行来进行的快速的放电——所述互补的能控制的
开关可靠地保持闭合。在该换流器的这种运行模式中出现的陡峭的电压边缘此外由于小的栅极电容量能够将所述互补的能控制的开关切换为断开。
27.按照本发明的另一设计方案提出了：所述至少两个电阻中较小的电阻与所述切换单元串联地布置，并且该串联电路将所述输入接头与所述输出接头电连接起来，并且该串联电路与所述至少两个电阻中较大的电阻并联地连接。因此，也就是说在正常模式
‑
运行中、当所述切换单元切换为导通时，得到所述两个电阻的并联电路作为电路装置的有效的电阻，并且当所述切换单元切换为断开时，仅仅所述较大的电阻起作用。
28.按照本发明的另一设计方案提出了，所述控制单元被设定用于：当所述换流器被切换到所述至少两个运行模式的另一个运行模式中时，改变所述控制信号或者尤其非定时触发的切换接头
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预电压。因此，对于所述互补的能控制的开关进行的控制不必用定时触发的电压来实现，而是通过在能控制的开关的控制接头处的直流电压进行简单的切换来得以满足。
29.按照本发明提出了一种用于操控换流器且用于所述换流器的至少两个不同的运行模式的方法，所述方法根据换流器的运行模式来控制根据权利要求1至10中任一项所述的电路装置的控制单元，使其与所述切换单元如此共同作用，以使得在所述换流器的至少两个运行模式中的每个运行模式中不同的电阻值在所述输入接头与所述输出接头之间起作用。
30.因此，适用于按照本发明的电路装置的所有的考虑和优点也适用于用来操控所述换流器的方法，所述换流器能够在至少两个不同的运行模式中运行。特别地，该方法能够操控电路装置，所述电路装置具有与上文中示出的按照本发明的电路装置的不同的实施方式相同的在结构上的特征。
31.提出了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括下述命令，所述命令在通过计算机来执行程序时促使该计算机执行上述方法。
32.此外提出了一种计算机可读的存储介质，所述存储介质包括下述命令，所述命令在通过计算机来执行时促使该计算机执行上述方法。
33.按照本发明提出了一种驱动系统，其带有直流电源、驱动单元和用于将所述直流电源与所述驱动单元电耦接起来的换流器。在此，所述换流器与用于操控所述换流器的电路装置如该电路装置在上文中所说明的那样进行电连接。带有这样的结构的驱动系统具有下述优点：能够在所述换流器的至少两个运行模式中运行，并且尤其在运行模式中能够被更好地调节，以用于中间电路电容器随着所述换流器的切换元件的定时触发而快速地放电。
附图说明
34.本发明的实施例在图1中被示出并且在下文中被更详细地阐释。
35.其中：图1示出了用于操控换流器30的电路装置10连同换流器30和栅极驱动输出级20。
具体实施方式
36.对于本发明而言有表征性的是，使用反并联地连接的、互补的能控制的开关11、12
以用于切换在电路装置10的输入端25与输出端31之间的有效的电阻值。这在图1中被实施为n
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沟道
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mosfet和p
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沟道
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mosfet的并联电路，其中一个mosfet的源极接头与另一个mosfet的漏极接头接触。
37.栅极驱动输出级20的输出端——所述栅极驱动输出级提供用于接入换流器30切换元件的功率——与所述电路装置10的输入端25连接。所述换流器30的切换元件是所述换流器30的多个切换元件中的一个并且在此仅仅通过到所述换流器30的连接部来表明，所述连接部在换流器30中与所述切换元件的控制电极连接。在该输入端25处，n
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沟道
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mosfet 11的漏极接头与p
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沟道
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mosfet 12的源极接头电连接。这两个mosfet
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晶体管11、12利用其相应的其它的源极和漏极接头彼此电连接并且因此反并联地连接。在所述mosfet
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晶体管11、12的并联电路的对置于所述输入端25的接头处连接第一电阻32的第一接触部21。该第一电阻32能够小于第二电阻27。所述第一电阻32的第二接触部31表示为所述电路装置10的输出端并且与所述换流器30的控制接头29连接，所述控制接头与所述换流器30的切换元件的控制电极连接。所述第二电阻27以其第一接头26与所述电路装置10的输入端25连接，并且以其第二接头28与所述第一电阻32的第二接头31、也就是说所述电路装置10的输出端接触。
38.由栅极放电电阻13、18和电容器14、17组成的并联电路对于两个晶体管11、12在相应的栅极接头与源极接头之间电接触。所述栅极电容器14提高了栅极接头的电容量以用于在所述换流器30的快速放电
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运行中如上文实施的那样可靠地阻断mos晶体管11、12。电连接部分别从这两个晶体管11、12的栅极接头引导到控制单元34，用于电流限制的电阻15、16被分别插入到所述电连接部中。
39.所述控制单元34以第一输出接头23与n
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mosfet 12的栅极接头连接，并且所述控制单元34的第二输出接头24与p
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mosfet 11的栅极接头连接。在换流器30的正常模式
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运行中、也就是说当所述换流器30例如驱动电机时，所述换流器30通过控制连接部33给定一信号，促使所述控制单元34将第一接头置于略微超过基电位的电位上、例如5v，因此可靠地接入所述n
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mosfet。在正常模式
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运行中，所述控制单元34将第二输出接头24的电位置于基电位上。对于换流器30的运行模式而言——在所述运行模式中所述中间电路电容器应该随着所述换流器的切换元件的定时触发（antakten）而快速放电——所述控制单元34将其第一和第二输出接头切换到浮动的状态中、例如通过“开路集电极电路”。
40.为了将n
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沟道
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mosfet 11切换为导通，必须将其栅极置于正电位上。在所述换流器30的切换元件的被切断的状态中、也就是说在没有来自栅极驱动输出级20的电压的情况下得到所述n
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沟道
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mosfet 11的正的栅极
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源
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电压。因为处于略微超过基电位的电位通过所述控制单元34的第一输出端23而位于所述n
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沟道
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mosfet 11的栅极处、并且所述换流器30的切换元件的控制接头的典型地负电压位于所述n
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沟道
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mosfet的源极接头处，从而该n
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沟道
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mosfet被接入。
41.在所述换流器30的切换元件的被接入的状态中，所述n
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沟道
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mosfet 11的栅极
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源
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电压反之为负或者为零，从而所述n
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沟道
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mosfet 11被切断。因为由于所述栅极驱动输出级20的接入电压，所述n
‑
沟道
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mosfet的源极电位是非常正的。
42.对于p
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沟道
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mosfet 12而言，必须施加负的栅极
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源
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电压以用于切换为导通。在所述换流器30的正常模式
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运行中，所述p
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沟道
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mosfet 12的栅极由于所述控制单元34的
第二输出端而处于基电位上。在所述换流器30的切换元件的被接入的状态中、也就是说利用所述栅极驱动输出级20的正电压得到所述p
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沟道
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mosfet 12的负的栅极
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源
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电压，从而该p
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沟道
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mosfet 12被接入。在所述换流器30的切换元件的被切断的状态中，所述p
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沟道
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mosfet 12的栅极
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源
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电压反之为正或者为零，从而所述p
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沟道
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mosfet 12被切断。
43.因此，在所述换流器30的切换元件的接入过程开始时接入所述n
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沟道
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mosfet 11，临近所述换流器30的控制元件的接入过程的结束时接入所述p
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沟道
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mosfet 12。因此，在所述换流器30的切换元件的整个的接入过程的期间，第二电阻27的由所述mosfet
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晶体管11、12连同串联连接的第一电阻32一起组成的并联电路所导致的跨接是主动地导通的，从而在所述换流器的正常模式
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运行中通常小得多的第一电阻32的总电阻不会对所述换流器的切换元件的切换时间产生不好的影响。
44.所说明的电路设备10用于操控换流器30并且用于至少两个不同的运行模式、带有电路装置10的有效的电阻的切换，所述电路装置作为换流器的切换元件的控制接头的串联电阻起作用，借此为了快速的中间电路放电的功能性而设定正确的串联电阻，因此能够在不限制在所述换流器30的正常模式
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运行中的接入行为的情况下实现所述电路设备。
45.所述控制单元34到中间电路电容器的快速放电的运行模式上的切换例如通过经由信号引导部33从所述换流器30到所述控制单元34处的信号来引起。而后两个晶体管的栅极接头例如借助于开路集电极电路被切换为浮动。
46.由于所述栅极放电电阻13、18，所述mosfet
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晶体管11、12的输入电容量被放电，从而它们的控制电压（用于mosfet的栅极
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源
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电压）为零并且切断它们。借助于外部的栅极电容量14、17，所述mosfet
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晶体管11、12被保护免受因为栅极驱动输出级20的切换过程而进行的寄生的接入。因此，所述mosfet
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晶体管11、12的控制电压不根据栅极驱动输出级20的切换操作并且因此也不根据受操控的换流器30的切换状态而保持切断的状态。因此，在所述栅极驱动输出级20的所有的接入过程中，仅仅在所述输入接头25与所述输出接头31之间的所述第二电阻27起作用，从而所述换流器30相对于正常模式
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运行被延缓地接入。
47.由此阻断了两个mosfet
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晶体管11、12并且电流从所述栅极驱动输出级流动经过具有比第一电阻32更大的值的第二电阻27。由于所导致的更小的电流，所以所述换流器30的切换元件被更缓慢地接入，这在所述换流器30的快速放电
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运行模式中对于定时触发运行的调节是有利的。