(57)【要約】  本発明は、インバータ（１０）の半導体スイッチ（１）を制御するための制御装置（４）に関する。制御装置（４）は、インバータの制御調整部により生成された切換信号（５）に依存して駆動信号（１８）を生成するように構成された制御回路（１６）と；制御回路（１６）と半導体スイッチ（１）の制御入力部（１３）との間に接続されており、駆動信号（１８）を受信し、駆動信号（１８）に依存して、半導体スイッチ（１）を制御する制御信号（７）を生成し、半導体スイッチ（１）の制御入力部（１３）に供給する駆動回路（１５）とを備え、制御回路（１６）が、調節可能な所定のパルス長を備える駆動信号パルス列として駆動信号（１８）を生成し、これにより半導体スイッチ（１）がパルス長（Ｔ）にわたって制御信号（７）により制御された場合に完全に導電性にならないように構成されている。
2015501130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ（１０）の半導体スイッチ（１）を制御するための制御装置（４）において：
前記インバータ（１０）の制御調整部（５０）により生成された切換信号（５）に依存して駆動信号（１８）を生成するように構成された制御回路（１６）と；
該制御回路（１６）と前記半導体スイッチ（１）の制御入力部（１３）との間に接続された駆動回路（１５）であって、前記駆動信号（１８）を受信し、該駆動信号（１８）に依存して、前記半導体スイッチ（１）を制御する制御信号（７）を生成し、前記半導体スイッチ（１）の前記制御入力部（１３）に供給するように構成された駆動回路（１５）とを備え、
前記制御回路（１６）が、調節可能な所定のパルス長（Ｔ）を備える駆動信号パルス（１８ｋ）の列として前記駆動信号（１８）を生成し、これにより前記半導体スイッチ（１）がパルス長（Ｔ）にわたって前記制御信号（７）により制御された場合に完全に導電性にならないように構成されている制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置（４）において、
前記半導体スイッチ（１）が前記制御信号（７）により制御された場合に所定の電流値を示すように、前記パルス長（Ｔ）が調節可能である制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の制御装置（４）において、
さらに制御回路（１６）に接続された調整回路（１７）を備え、該調整回路が、前記駆動信号（１８）を調整するための調整信号（１９）を生成し、前記制御回路（１６）に供給するように構成されている制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の制御装置（４）において、
前記調整回路（１７）が、中間回路電圧を表す第１測定信号（９）を検出し、該第１測定信号（９）に依存して調整信号（１９）を生成するように構成されている制御装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の制御装置（４）において、
前記調整回路（１７）が、前記半導体スイッチ（１）の電流センサ出力部（１４）に接続されており、前記半導体スイッチ（１）を通る電流を表す第２測定信号（８）を検出し、該第２測定信号（８）に依存して前記調整信号（１９）を生成するように構成されている制御装置。
【請求項６】
請求項３から５までのいずれか一項に記載の制御装置（４）において、
前記駆動回路（１５）が、前記制御信号（７）を生成するために調節可能な制御抵抗を備え、前記制御回路（１６）が、調整信号（１９）に依存して、調節可能な制御抵抗を調節するための調節信号（２０）を生成し、前記駆動回路（１５）に供給するように構成されている制御装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の制御装置（４）において、
該制御装置（４）が、ＩＧＢＴスイッチ（１）を制御するように構成されている制御装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一項に記載の制御装置（４）において、
前記インバータ（１０）がハーフブリッジ回路を備え、前記制御回路（１６）が、前記駆動信号（１８）によりハーフブリッジのそれぞれいずれか一方の半導体スイッチ（１）を制御し、ハーフブリッジの他方の半導体スイッチ（１）を継続的に閉じるように構成されている制御装置。
【請求項９】
ｎ≧１であるｎ相電動機（３）のための駆動系（１００）において、
２つの入力電圧端子（Ｔ＋；Ｔ−）に接続された中間回路コンデンサ（２）と；
多数の半導体スイッチ（１ａ，．．．，１ｆ）を備えるインバータ（１０）であって、前記中間回路コンデンサ（２）に接続されており、前記中間回路コンデンサ（２）から電気エネルギーを供給され、前記電動機（３）のためにｎ相供給電圧を生成するように構成されたインバータ（１０）と；
該インバータ（１０）のいずれか１つの半導体スイッチ（１ａ，．．．，１ｆ）を制御するための制御信号（７ａ，．．．，７ｆ）を生成するようにそれぞれ構成された、請求項１から８までのいずれか一項に記載の多数の制御装置（４ａ，．．．，４ｆ）と；
多数の制御装置（４ａ，．．．，４ｆ）に接続されており、前記インバータ（１０）の前記半導体スイッチ（１ａ，．．．，１ｆ）のための切換信号（５ａ，．．．，５ｆ）を生成するように構成された制御調整部（５０）と
を備える駆動系。
【請求項１０】
請求項９に記載の駆動系（１００）において、
前記半導体スイッチ（１ａ，．．．，１ｆ）がＩＧＢＴスイッチである駆動系。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の駆動系（１００）において、
前記インバータ（１０）がハーフブリッジ回路を備え、前記制御回路（１６）が、前記駆動信号（１８）によりハーフブリッジのそれぞれいずれか一方の半導体スイッチ（１）を制御し、ハーフブリッジの他方の半導体スイッチ（１）を継続的に閉じるように構成されている駆動系。
【請求項１２】
インバータ（１０）を制御する方法（３０）において、
インバータ（１０）の少なくとも１つの半導体スイッチ（１ａ，．．．，１ｆ）のために駆動信号パルス（１８ｋ）の列を備える駆動信号（１８）を生成するステップ（３１）と；
少なくとも１つの前記半導体スイッチ（１ａ，．．．，１ｆ）を制御する制御信号（７ａ，．．．，７ｆ）を生成するために前記駆動信号（１８）を増幅するステップ（３２）と
を備え、
前記駆動信号パルス（１８ｋ）がそれぞれ調節可能な所定のパルス長（Ｔ）を備え、これにより前記半導体スイッチ（１ａ，．．．，１ｆ）がパルス長（Ｔ）にわたって前記制御信号（７ａ，．．．，７ｆ）により制御された場合に完全に導電性にならないようにする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法（３０）において、
中間回路電圧を表す第１測定信号（９）を検出するステップ（３３ａ）と；
前記第１測定信号（９）に依存して駆動信号パルス（１８ｋ）のパルス長（Ｔ）を調整するための調整信号（１９）を生成するステップ（３４ａ）と
を備える方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の方法（３０）において、
少なくとも１つの前記半導体スイッチ（１ａ，．．．，１ｆ）を通る電流を表す第２測定信号（８）を検出するステップ（３３ｂ）と；
前記第２測定信号（８）に依存して駆動信号パルス（１８ｋ）のパルス長（Ｔ）を調整するための調整信号（１９）を生成するステップ（３４ｂ）と
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータの半導体スイッチのための制御装置およびインバータを制御するための方法、特に急速放電運転でインバータを運転する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車およびハイブリッド車は、牽引用バッテリと電動機との間の駆動系に出力電子回路構成要素を備えることが多く、これらの回路構成要素は、一般に電圧中間回路変換器として構成されている。この場合、直流電圧中間回路が牽引用バッテリとインバータとの間の結合要素として用いられ、インバータは、直流電圧中間回路から電動機へ電力を伝送するために制御することができる。
【０００３】
インバータは、例えば、それぞれ２つの半導体スイッチを設けた所定数のブリッジ分岐を備えるフルブリッジ回路として構成されていてもよい。この場合、直流電圧中間回路の第１出力端子に接続されたブリッジ分岐の半導体スイッチは、それぞれ「ハイサイド・スイッチ」と呼ばれることもあり、直流電圧中間回路の第２出力端子に接続されたブリッジ分岐の半導体スイッチはそれぞれ「ローサイド・スイッチ」と呼ばれることもある。この場合、半導体スイッチとしては、例えば、逆平行に接続されたダイオードまたはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）を備えるＩＧＢＴモジュール（絶縁ゲート電極を備えるバイポーラ・トランジスタ）を使用してもよい。
【０００４】
インバータを制御するためには、半導体スイッチのための切換信号を発生する制御調整部が使用される。エラー発生時には、安全性の理由から制御調整部に様々な要求が課される。例えば、エラー発生時には電動機のモータコイルを確実に短絡させることが必要な場合もある。このような短絡は、全てのハイサイド・スイッチを閉じ、全てのローサイド・スイッチを開くこと（またはその逆）によって実施することができ、これは「アクティブ短絡」とも呼ばれる。
【０００５】
さらに、エラー発生時、特に制御調整部の供給電圧が降下した場合にも直流電圧中間回路を急速かつ確実に放電することが不可欠である。これは、急速放電によって実施することができる。車両の電気的な作動の安全性を保障することができるためには、標準的に５秒の最大急速放電時間内にこのような急速放電を行うことが必要とされる。
【０００６】
米国特許出願公開第２００５／０２３１１７１号明細書は、電動機、パルス幅変調方式インバータおよび中間回路コンデンサを備える電気駆動系を開示している。中間回路コンデンサは、パルス幅変調式インバータの対応したスイッチ動作によって制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／０２３１１７１号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、一態様によれば、インバータの半導体スイッチを制御するための制御装置を提供し、制御装置は制御回路と駆動回路とを備え、制御回路は、インバータの制御調整部により生成された切換信号に依存して駆動信号を生成するように構成されており、駆動回路は、制御回路と半導体スイッチの制御入力部との間に接続されており、駆動信号を受信し、この駆動信号に依存して、半導体スイッチを制御する制御信号を生成し、半導体スイッチの制御入力部に供給するように構成されており、この場合、上記制御回路が、調節可能な所定のパルス長を備える駆動信号パルス列として駆動信号を生成し、これにより半導体スイッチがパルス長にわたって制御信号により制御された場合に完全に導電性にならないように構成されている。
【０００９】
別の態様によれば、本発明は、ｎ≧１であるｎ相電動機のための駆動系において、
２つの入力電圧端子に接続された中間回路コンデンサと、
多数の半導体スイッチを備えるインバータであって、中間回路コンデンサに接続され、中間回路コンデンサから電気エネルギーを供給され、電動機のためにｎ相の供給電圧を生成するように構成されたインバータと、
インバータのいずれか１つの半導体スイッチのための回路制御信号を生成するようにそれぞれ構成された本発明による多数の制御装置と、
これらの多数の制御装置に接続され、インバータの半導体スイッチのための切換信号を生成するように構成された制御調整部と
を備える駆動系を提案する。
【００１０】
別の一態様によれば、本発明は、インバータを制御する方法において、
インバータの少なくとも１つの半導体スイッチのために駆動信号パルス列を備える駆動信号を生成するステップと、
少なくとも１つの半導体スイッチを制御する制御信号を生成するための駆動信号を増幅するステップと
を備え、
駆動信号パルスがそれぞれ調節可能な所定のパルス長を備え、これにより半導体スイッチが制御信号により制御された場合にパルス長にわたって完全に導電性にならないようにする方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の思想は、電動車両のインバータの半導体スイッチのための制御装置において、付加的な放熱構成部品に依存するか、または回路に高い費用をかける必要なしに、急速放電または緊急放電を行うことができる制御装置を構成することである。この場合、急速-または緊急放電は、インバータにもともと提供されている半導体スイッチにより行われる。したがって、専用の緊急放電回路を設ける必然性はなく、これにより、コストおよび構成スペースを大幅に節約することができる。
【００１２】
本発明の利点は、本発明による制御装置によって形成されたインバータが、それぞれ２つの半導体スイッチを備える多数のブリッジ分岐を含み、所定数のブリッジ分岐のそれぞれいずれか１つの半導体スイッチが「脈動」される、すなわち、制御信号が短い制御パルスからなるようにインバータを制御することができることである。制御パルスのパルス長は、半導体スイッチが完全に導電性になるように切り換えられるのではなく、遮断状態と導電状態との間の移行状態に短時間留まる程度に短く選択される。完全に導電性ではないとは、導電性が、スイッチが開かれた場合の導電性の値とスイッチが閉じられた場合の導電性の値との間の値を示すこと、特に閉じられた状態のスイッチが示す導電性の２０％〜８０％の間の導電性を示すことを意味する。この時間には、それぞれの半導体スイッチに電流が流れた場合に中間回路コンデンサからのエネルギーを熱に変換し、これにより中間回路の電圧を急速かつ効果的に減衰することができる。このことは、インバータの入力端子に接続された中間回路コンデンサを半導体スイッチにより素早く確実に放電することができ、このような放電により、接続されている電動機に電流が流れることはないという利点をもたらす。
【００１３】
この場合、特に好ましくは、一方では中間回路コンデンサを放電するために他の回路構成要素を使用する必要がなく、これにより、スペースおよび製造コストが節約される。他方では、半導体スイッチはいずれにせよ極めて良好に周辺に熱結合されており、したがってインバータによる中間回路コンデンサの放電が駆動系の過熱の原因となることはない。
【００１４】
本発明による制御装置の一実施形態によれば、半導体スイッチが制御信号により制御された場合に所定の電流値を示すようにパルス長が調節可能となっていてもよい。
【００１５】
別の実施形態によれば、制御装置は、さらに制御回路に接続された調整回路を備え、この調整回路は、駆動信号を調整するための調整信号を生成し、制御回路に供給するように構成されている。これにより、例えば、駆動信号パルスのパルス長または駆動信号パルスの振幅を制御することにより、半導体スイッチにおける所望の電流値を適宜に設定することができる。
【００１６】
本発明による制御装置の別の実施形態によれば、調整回路は、中間回路電圧を表す第１測定信号を検出し、第１測定信号に依存して調整信号を生成するように構成されている。したがって、中間回路コンデンサの充電状態に応じて、１つまたは複数の半導体スイッチにより適切な放電モードを設定することができる。
【００１７】
本発明による制御装置の別の実施形態によれば、調整回路は、半導体スイッチの電流センサ出力部に接続されており、半導体スイッチを通る電流を表す第２信号を検出し、第２信号に依存して調整信号を生成するように構成されていてもよい。
【００１８】
本発明による制御装置の別の実施形態によれば、駆動回路は、制御信号を生成するために調節可能な制御抵抗を備え、制御回路は、調整信号に依存して、調節可能な制御抵抗を調節するための調節信号を生成し、駆動回路に供給するように構成されていてもよい。
【００１９】
別の実施形態によれば、制御装置は、ＩＧＢＴスイッチを制御するように構成されていてもよい。
【００２０】
別の実施形態によれば、インバータはハーフブリッジ回路を備えていてもよい。この場合、制御回路は、駆動信号によりハーフブリッジのそれぞれいずれか一方の半導体スイッチを制御し、ハーフブリッジの他方の半導体スイッチを継続的に閉じるように構成されていてもよい。このことは、インバータの能動的な短絡を実施する場合に特に好ましく、この場合、ハーフブリッジのそれぞれいずれかの半導体スイッチに電流が流れた場合に中間回路コンデンサからのエネルギーを熱に変換し、これにより中間回路の電圧を急速かつ効果的に減衰することができる。
【００２１】
一実施形態によれば、さらに本発明による方法は、中間回路電圧を表す第１測定信号を検出するステップと、第１測定信号に依存して駆動信号パルスのパルス長を調整するための調整信号を生成するステップとを備える。
【００２２】
別の実施形態によれば、本発明による方法は、さらに少なくとも１つの半導体スイッチを通る電流を表す第２測定信号を検出するステップと、第２信号に依存して駆動信号パルスのパルス長を調整するための調整信号を生成するステップとを備える。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明の実施形態の他の特徴および利点が添付の図面を参照した以下の説明により明らかである。
【図１】本発明の実施形態による車両の電気駆動系を示す概略図である。
【図２】本発明の別の実施形態による半導体スイッチのための制御装置を示す概略図である。
【図３】本発明の別の実施形態による半導体スイッチのための制御装置を示す概略図である。
【図４】本発明の別の実施形態による半導体スイッチのための制御装置を示す概略図である。
【図５】本発明の別の実施形態による半導体スイッチのための制御装置を示す概略図である。
【図６】本発明の別の実施形態による半導体スイッチのための制御装置を示す概略図である。
【図７】本発明の別の実施形態による半導体スイッチのための制御信号の信号線図を示す概略図である。
【図８】本発明の別の実施形態によるインバータを制御する方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、車両の電気駆動系１００の概略図を示す。この電気駆動系１００は、例えば車両の高圧バッテリまたは牽引用バッテリなどのエネルギー蓄積装置によって高圧を供給することのできる２つの入力端子Ｔ＋およびＴ−を含む。入力端子Ｔ＋およびＴ−は、中間回路コンデンサ２を備える直流電圧中間回路に接続されている。中間回路コンデンサ２は、出力端子を介してインバータ１０、例えばパルス幅変調方式のインバータ１０の入力端子に接続されている。図１に示した中間回路コンデンサ２およびインバータ１０を備える電圧中間回路変換器は、三相変換器として例示されている。すなわち、インバータ１０は、それぞれ２つの半導体スイッチを備える３つのブリッジ分岐を含む。第１ブリッジ分岐は、例えば半導体スイッチ１ａおよび１ｄを含み、第２ブリッジ分岐は、例えば半導体スイッチ１ｂおよび１ｅを含み、第３ブリッジ分岐は、例えば半導体スイッチ１ｃおよび１ｆを含む。この場合、一方のブリッジ側の半導体スイッチ１ａ，１ｂ，１ｃは「ハイサイド・スイッチ」と呼ばれ、他方のブリッジ側の半導体スイッチ１ｄ，１ｅ，１ｆは「ローサイド・スイッチ」と呼ばれる。この場合、電圧中間回路変換器のブリッジ分岐および相の数は幾つであってもよく、半導体スイッチ１ａ〜１ｆがハイサイド・スイッチおよびローサイド・スイッチとして例示的にのみ選択して示されていることは明らかである。
【００２５】
この場合、図１に示された半導体スイッチ１ａ〜１ｆは、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を備えていてもよい。可能な一実施形態では、半導体スイッチはそれぞれＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ）であるが、しかしながら、例えばＪＦＥＴ（接合型電界効果トランジスタ）またはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）などの適宜な形態の他の半導体スイッチであってもよい。半導体スイッチ１ａ〜１ｆがＩＧＢＴスイッチを備えている場合には、それぞれのＩＧＢＴスイッチにはダイオード（図１には見やすくするために示していない）が逆平行に接続されていてもよい。
【００２６】
さらに電気駆動系１００は、半導体スイッチ１ａ〜１ｆの切換制御を符号化する切換信号５ａ〜５ｆを生成するように構成された制御調整部５０を備えている。この場合、切換信号５ａ〜５ｆは、半導体スイッチ１ａ〜１ｆが開かれていることが望ましい場合には論理低レベルを備え、半導体スイッチ１ａ〜１ｆが閉じられていることが望ましい場合には論理高レベルを備える。制御調整部５０は、それぞれ半導体スイッチ１ａ〜１ｆの制御を担う対応した制御装置４ａ〜４ｆに切換信号５ａ〜５ｆを供給する。以下に、制御装置４ａと付属の半導体スイッチ１ａとの接続について説明する。この場合、残りの制御装置４ｂ〜４ｆはそれぞれ対応して接続されていてもよい。
【００２７】
制御装置４ａは制御出力部を備え、制御出力部を介して制御信号７ａを半導体スイッチ１ａの制御入力部に伝送し、半導体スイッチ１ａの動作を制御することができる。制御装置４ａは測定ラインを介して測定信号８ａおよび／または９ａを検出することができる。測定信号８ａは、例えば、半導体スイッチ１ａを通る現在の電流強度を示すことができる。このために、測定信号８ａが検出される測定ラインは、例えば半導体スイッチ１ａの電流出力部に接続されていてもよい。測定信号９ａは、例えば、半導体スイッチ１ａの接続端子における現在の電圧を示すことができる。このために、測定信号９ａが検出される測定ラインは、特に半導体スイッチ１ａがＩＧＢＴスイッチである場合には、例えば半導体スイッチ１ａのコレクタ端子に接続されていてもよい。この場合、測定信号９ａは中間回路コンデンサ２における電圧を表していてもよい。
【００２８】
図２〜図６は、半導体スイッチ１のための制御装置４の概略図を示す。特に、図２〜図６には、制御装置４ａ〜４ｆおよび付属の半導体スイッチ１ａ〜１ｆの例示的な実施形態がより詳細に示されている。この場合、図２〜図６に示された符号には、図１に示した電気駆動系１００のそれぞれの構成部材を示すためにそれぞれアルファベットａ〜ｆを付してもよい。
【００２９】
一般に、図２〜図６に示した制御装置４は、半導体スイッチ１、特に、例えば図１のインバータ１０のようなインバータの半導体スイッチ１を制御するために用いられる。半導体スイッチ１は、図２〜図６では、コレクタ端子１１、エミッタ端子１２、ゲートまたは制御入力部１３および電流センサ出力部１４を備えるＩＧＢＴスイッチとして例示されている。電流センサ出力部１４を介して、現在ＩＧＢＴスイッチ１を通る電流を示す電流信号９を伝送することができる。制御入力部１３を介して、様々な運転モードで所定の圧力レベルを備える適宜な制御信号７を印加することによりＩＧＢＴスイッチ１を制御することができる。切換動作時には、遮断‐または飽和範囲においてのみＩＧＢＴスイッチ１を作動することができる。すなわち、ＩＧＢＴスイッチ１は完全に遮断しているか、または完全に導電性である。これに対して、線形作動またはアクティブ作動時には、増幅範囲でＩＧＢＴスイッチ１を作動することができる。すなわち、ＩＧＢＴスイッチ１を通る電流の電流強度は、制御端子に印加された電圧に尺度的に比例しているか、または実質的に比例している。
【００３０】
図２に示した例示的な実施形態では、制御装置４は制御回路１６を備え、制御回路１６は、インバータの制御調整部により生成された切換信号５に依存して駆動信号１８を生成するように構成されている。この場合、インバータの通常の切換動作時には、駆動信号１８は実質的に切換信号５に対応する。例えば切換信号５は、ＩＧＢＴスイッチ１が閉じられていることが望ましい場合には論理高レベルを備え、ＩＧＢＴスイッチ１が開かれていることが望ましい場合には論理低レベルを備える。この場合、自明ながら他のいずれの制御論理も同様に可能である。通常の切換動作時には、ＩＧＢＴスイッチ１が完全に遮断しているか、または完全に導電性であり、したがって切換信号５は所定時間にわたってそれぞれの論理レベルを保持する。
【００３１】
さらに制御装置４は駆動回路１５を備え、この駆動回路１５は、制御回路１６とＩＧＢＴスイッチ１の制御入力部１３との間に接続されており、駆動信号１８を受信し、駆動信号１８に依存して、ＩＧＢＴスイッチ１を制御する制御信号７を生成するように構成されている。次いで制御信号７は、駆動回路１５によりＩＧＢＴスイッチ１の制御入力部１３に供給される。駆動回路１５は、このために、例えば内部制御抵抗またはゲート抵抗を備え、これにより制御信号７を生成するための駆動信号１８の増幅率が調節可能である。
【００３２】
インバータの所定運転モードでは、中間回路の急速放電を行うことが必要となる場合もある。制御装置４によって、ＩＧＢＴスイッチ１を選択的に「脈動」させる、すなわち、ＩＧＢＴスイッチ１の制御入力部１３に制御パルスを供給するパルス式運転で制御することができる。制御パルスの継続時間は極めて短く、ＩＧＢＴスイッチ１はまだ完全に導電性に切り換えられず、むしろ短時間だけ遮断状態と導電状態との間の移行状態にある。この時間に、ＩＧＢＴスイッチ１に電流が流れた場合に中間回路コンデンサからのエネルギーを熱に変換し、これにより中間回路の電圧を急速かつ効果的に減衰することができる。このことは、特にこのようにして制御されたインバータにおいて急速放電運転を設定することを可能にし、これにより、好ましくは、インバータに給電する中間回路コンデンサ、例えば中間回路コンデンサ２の急速放電を行うことができる。この場合、付加的な回路または放電素子、例えば切換可能な抵抗器などを構成する必要なしに、既に提供されているインバータの構成要素を放電のために使用することができる。
【００３３】
この運転モードを実施するためには、制御回路１６が、調節可能な所定のパルス長を備える駆動信号パルス列として駆動信号１８を生成し、これにより、ＩＧＢＴスイッチ１が、このパルス長にわたって制御信号７により制御された場合に完全に導電性にならないように構成されている。このような駆動信号パルス１８ｋの列について例示的な可能性が図７に概略的に示されている。この場合、駆動信号パルス１８ｋはパルス長Ｔを備える。このパルス長Ｔは、ＩＧＢＴスイッチ１の通常の制御動作時の制御時間に対して短い場合もある。例えば、ＩＧＢＴスイッチ１が通常運転時に閉鎖状態もしくは開放状態に保持されるＩＧＢＴスイッチ１の切換時間は約１００μｓである。この場合、パルス長ＴはＩＧＢＴスイッチ１ならびに駆動回路１５の物理的パラメータに依存している場合もある。
【００３４】
ＩＧＢＴスイッチ１の制御入力部１３に供給される制御パルスを調整するためには、付加的に調整回路１７を設けてもよい。制御回路１６に接続された調整回路１７は、駆動信号１８を調整するための調整信号１９を生成し、制御回路１６に供給するように構成されている。このような調整回路１７が、例えば図３〜図６に示されている。図３および図５の調整回路１７は、図４および図６の調整回路とは異なり、中間回路電圧を表す第１測定信号９を検出し、第１測定信号９に依存して調整信号１９を生成するように構成されている。この場合、第１測定信号９は、例えばＩＧＢＴスイッチ１のコレクタ端子１１において測定することができる。これに対して、図４および図６に示すように、半導体スイッチを通る電流を表す第２測定信号８を検出し、この第２制御信号８に依存して調整信号１９を生成することもできる。このために、調整回路１７はＩＧＢＴスイッチ１の電流センサ出力部１４に接続されていてもよい。代替的に、電流センサ出力部１４およびＩＧＢＴスイッチ１のコレクタ端子１１の両方に調整回路１７を接続し、第１測定信号９および第２測定信号８の両方に依存して調整信号１９を生成することも可能である。
【００３５】
いずれの場合にも、調整信号１９によって駆動信号パルス１８ｋのパルス長Ｔを調整することができる。例えば、中間回路電圧が低下しないか、または極めてわずかにしか低下しない場合には、パルス長Ｔを延長することもできる。同様に、例えばＩＧＢＴスイッチ１を通る電流が高すぎる場合には、パルス長Ｔを短縮することもできる。第１測定信号９により、例えば、ＩＧＢＴスイッチ１をスイッチオンした瞬間のＩＧＢＴスイッチ１のコレクタ端子１１における中間回路電圧の電圧降下を監視することもできる。電圧降下が生じていないか、または電圧降下が小さすぎる場合には、パルス長Ｔを変更してもよい。一般に、調整回路１７の調整方法はわずかなパルス長Ｔから開始することもでき、これによりＩＧＢＴスイッチ１の過負荷、ひいては生じ得る損傷が防止される。
【００３６】
調整回路１７は、他の外部パラメータ６を随意に受信することもでき、これらの外部パラメータは調整装置に取り込まれる。例えば、外部パラメータ６はＩＧＢＴスイッチ１における温度を含んでいてもよい。
【００３７】
図５および図６に概略的に示すように、調整回路１７に加えて、制御回路１６により、駆動回路１５の調節可能な制御抵抗を調節するための調節信号２０を生成し、駆動回路１５に供給してもよい。この場合、調節信号２０は、例えば調整信号１９に依存して生成してもよい。調節信号２０により、駆動回路１５の制御抵抗の抵抗値を選択的に増大させることもでき、これによりＩＧＢＴスイッチ１の制御入力部１３に供給される制御電圧の値を減じることもできる。この場合、制御抵抗は任意の段階で調整することができ、これにより制御電圧、ひいては調整回路１７を介してＩＧＢＴスイッチ１を通る電流を選択的に調整することができる。
【００３８】
図８は、図１に示した電動車両の電気駆動系１００においてインバータ、特にインバータ１０を制御するための方法３０の概略図を示す。この方法３０は、第１ステップ３１においてインバータの少なくともいずれか１つの半導体スイッチのための駆動信号生成を含み、駆動信号は駆動信号パルス列を備える。次いで第２ステップ３２では、少なくとも１つの半導体スイッチを制御する制御信号を生成するための駆動信号の増幅が行われる。この場合、駆動信号パルスはそれぞれ調節可能な所定のパルス長を備え、これにより半導体スイッチがパルス長にわたって制御信号により制御された場合に完全に導電性にはならない。
【００３９】
次いでステップ３３ａおよび３４ａにおいて、中間回路電圧を表す第１測定信号の随意の検出、およびこの第１測定信号に依存して駆動信号パルスのパルス長を調整するための調整信号の生成が行われる。これに対して代替的または付加的に、ステップ３３ｂおよび３４ｂにおいて、少なくとも１つの半導体スイッチを通る電流を表す第２測定信号の検出、および第２測定信号に依存して駆動信号パルスのパルス長を調整するための調整信号の生成が行われる。
【００４０】
方法３０は、原則的にインバータのいずれかの運転モードにおいて実施することができる。特に、方法３０はインバータの通常運転時に実施することができる。この場合、例えば、閉じられた状態の１つ以上の半導体スイッチを、フリーランモードまたは調整運転期間においてパルス式に制御することができる。１つ以上の半導体スイッチは、中間回路コンデンサを一時的に放電するために貢献する。この場合、インバータによって出力される電圧信号が歪曲されないか、または少なくともわずかにしか歪曲されないように注意すべきである。
【００４１】
回転数の低い電動機、例えば持続的に励起される同期機の場合には、同期機における不都合なモーメントの発生を防止するために、フリーランモードにおいて既に中間回路電圧を減じることが好ましい場合もある。この場合、方法３０によって、中間回路電圧を、例えば同期電圧に依存した値に減じることができる。
【００４２】
しかしながら、特に好ましくは、方法３０はインバータの「アクティブ短絡」において、すなわち、エラー発生時に電動機のモータ巻線を確実に短絡することができるモードで実施される。例えばエラーの発生後に、制御調整部の電圧供給が停止された場合、車両事故が発生した場合、または電気駆動系の運転安全性を脅かすその他の状況において、「アクティブ短絡」を作動することができ、これによりブリッジ分岐の一方のブリッジ側の全ての半導体スイッチ、例えばハイサイド・スイッチが閉鎖状態に移行され、ブリッジ分岐のそれぞれ他方のブリッジ側の全ての半導体スイッチ、例えばローサイド・スイッチが開放状態に移行される。ハイサイド・スイッチおよびローサイド・スイッチの制御はそれぞれ反対に行うこともできることは自明である。これにより、電動機を確実に、信頼性良く、閉じられた半導体スイッチを介して短絡させることができる。
【００４３】
これに対して「アクティブ短絡」状態においてそれぞれ開かれた半導体スイッチ、例えばローサイド・スイッチは、持続的に開かれた状態ではなく、方法３０によって「脈動」させること、すなわち、パルス制御運転によってそれぞれ短時間、遮断性と導電性との間の状態に移行させることができる。これにより、電流はパルス制御された半導体スイッチを通って流れ、その電流強度は、例えば駆動信号パルスのパルス長にわたって所望の値に調節することができる。これにより、中間回路コンデンサは、パルス式運転時に半導体スイッチを介して放電することができる。この場合、半導体スイッチは、放電の際に生じた熱を素早く確実に放出することができるように、冷却装置または電気駆動系の周辺空気に熱結合されていてもよい。原則的には、それぞれ任意の数の半導体スイッチもしくはブリッジ分岐を、所望の放電時間に応じて急速放電運転に含めることが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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