專利名稱：用于帶有中間電路的電流變換器的電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型處于功率電子領(lǐng)域，并且涉及一種用于帶有電壓中間電路的電流變換器的電路裝置，以及一種用于運(yùn)行這種電流變換器的方法。
背景技術(shù)：
在化石資源萎縮的背景下，現(xiàn)代汽車越來(lái)越多地裝備有帶有電動(dòng)機(jī)的純電驅(qū)動(dòng)裝置或者帶有電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)構(gòu)成的組合的混合驅(qū)動(dòng)裝置。就所需的動(dòng)力而言，汽車的電動(dòng)機(jī)必須利用與車載電源相比顯著更高的例如為400伏特到900伏特的工作電壓來(lái)運(yùn)行。該工作電壓由直流電源(典型地為蓄電池或燃料電池)提供。與燃料電池不同，蓄電池具有如下優(yōu)點(diǎn):蓄電池同時(shí)用作直流電流吸收器(GI e i ch s troms enke ),使得蓄電池能夠在電動(dòng)機(jī)起電流發(fā)生器作用的制動(dòng)過(guò)程期間被充電。通常，電動(dòng)機(jī)為了運(yùn)行而需要一個(gè)或多個(gè)交流電相位，從而可以在直流電源與電動(dòng)機(jī)之間設(shè)置電流變換器。在車輛技術(shù)中，主要使用三相電機(jī)(永磁激勵(lì)或他勵(lì)的異步電機(jī)或同步電機(jī))，三相電機(jī)由用于將直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電的三相逆變器饋電。通過(guò)三相逆變器，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速可以滿足需要地與相應(yīng)的行駛狀況匹配。在典型的結(jié)構(gòu)類型中，電流變換器具有電壓中間電路，該電壓中間電路帶有用于為功率模塊饋電的中間電路電容器，在該功率模塊中直流電被轉(zhuǎn)換至三相交流電。該中間電路電容器能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行的電壓支持和電壓平滑。如果需要，則該中間電路電壓可以通過(guò)升壓轉(zhuǎn)換器而相對(duì)于直流電源提高。帶有中間電路的電流變換器的基本結(jié)構(gòu)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言本身已眾所周知并且在專利文獻(xiàn)中已詳細(xì)描述。就此而言僅應(yīng)示例性地參考德語(yǔ)專利 說(shuō)明書DE19710371CI。為了避免人員受到高電壓的危害，要注意:在汽車未運(yùn)行時(shí)，中間電路將放電。在實(shí)踐中為此設(shè)置由歐姆電阻構(gòu)成的電阻排，電阻排能夠?qū)崿F(xiàn)中間電路在例如達(dá)到數(shù)小時(shí)的時(shí)段中的被動(dòng)放電，使得電流變換器的正常運(yùn)行不受放電影響。如下事實(shí)是不利的:中間電路的這種被動(dòng)放電持續(xù)相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間，使得尤其在事故時(shí)不能消除人員受到帶電的中間電路的高電壓的危害。

實(shí)用新型內(nèi)容與此相比，本實(shí)用新型的任務(wù)在于改進(jìn)帶有電壓中間電路的傳統(tǒng)電流變換器，使得與經(jīng)由電阻排的被動(dòng)放電相比要能夠?qū)崿F(xiàn)使中間電路顯著更快地放電。該任務(wù)和另外的任務(wù)按本實(shí)用新型的建議通過(guò)具有接下來(lái)將描述的特征的用于帶有電壓中間電路的電流變換器的電路裝置以及用于運(yùn)行這種電流變換器的方法來(lái)解決。本實(shí)用新型的有利擴(kuò)展方案也將在下文中進(jìn)一步說(shuō)明。根據(jù)本實(shí)用新型，示出了一種用于帶有電壓中間電路的電流變換器的電路裝置，該電壓中間電路具有電荷存儲(chǔ)器，其與現(xiàn)有技術(shù)中已知的中間電路的被動(dòng)(即不可控的)緩慢放電相比能夠?qū)崿F(xiàn)中間電路的快速主動(dòng)(即可控)放電。該表述“電流變換器”如在此所使用的那樣涉及本身已知的用于轉(zhuǎn)換電能的裝置，該裝置具有電壓中間電路。在此意義下的電流變換器可以是直流-直流轉(zhuǎn)換器(DC/DC-轉(zhuǎn)換器)或者斬波器、交流-直流轉(zhuǎn)換器(AC/DC-轉(zhuǎn)換器)或者整流器和直流-交流轉(zhuǎn)換器(DC/AC-轉(zhuǎn)換器)或者逆變器，尤其是多相逆變器。以下出發(fā)點(diǎn)在于，該中間電路如通常的那樣具有針對(duì)上或者較高的電勢(shì)的第一中間電路線路和針對(duì)下或者較低的電勢(shì)的第二中間電路線路，通過(guò)它們可以為電流變換器的并聯(lián)布置的不同部件(通常為模塊)以中間電路電壓饋電。根據(jù)本實(shí)用新型的用于使中間電路快速主動(dòng)放電的電路裝置包括第一串聯(lián)電路，該第一串聯(lián)電路由具有正溫度系數(shù)的電阻和構(gòu)建為功率開關(guān)的第一半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成，該第一半導(dǎo)體開關(guān)根據(jù)功率開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)來(lái)將這兩個(gè)中間電路線路電連接或分離。為此目的，第一串聯(lián)電路的其中一端部電連接到第一中間電路線路上，而其另一端部電連接到第二中間電路線路上，其中，第一半導(dǎo)體開關(guān)用其負(fù)載路徑或者功率路徑與具有正溫度系數(shù)的電阻布置成串聯(lián)電 路。第一串聯(lián)電路是為中間電路經(jīng)由具有正溫度系數(shù)的電阻(以下稱作“PTC電阻”)的可接通或者可關(guān)斷的放電而設(shè)置的。該P(yáng)TC電阻是導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料在較低溫度時(shí)比在較高溫度時(shí)更好地傳導(dǎo)電流，因?yàn)殡娮桦S著溫度升高而變大。優(yōu)選地，該P(yáng)TC電阻具有使得中間電路的電荷存儲(chǔ)器可以在一位數(shù)的數(shù)秒范圍內(nèi)，例如小于5秒，的時(shí)段中至少放電到預(yù)給定的剩余電壓的電阻，該剩余電壓小于中間電路電壓的20%、尤其是小于10%。為此目的，該P(yáng)TC電阻的電阻例如小于I千歐姆、尤其是小于500歐姆。特別有利地，由高放電電流引起的PTC熱敏電阻14的過(guò)度加熱可以通過(guò)電阻隨溫度增加而升高來(lái)避免。在此情況下，該P(yáng)TC電阻根據(jù)待放電的中間電路電壓而設(shè)計(jì)為使得其溫度僅僅升高到最大工作溫度，該最大工作溫度還能夠?qū)崿F(xiàn)中間電路無(wú)損毀地放電。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用而言，重要的是，第一半導(dǎo)體開關(guān)作為功率開關(guān)能夠傳導(dǎo)在中間電路經(jīng)由PTC電阻快速放電時(shí)所出現(xiàn)的高電流并且隔斷中間電路上的高電壓。例如，第一半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)計(jì)為傳導(dǎo)數(shù)百安培的電流并且隔斷達(dá)到大約1000伏特的電壓。在實(shí)踐中為此典型地使用絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)，其具有作為輸入端的集電極電極、作為輸出端的發(fā)射極電極和作為控制輸入端的柵極電極，或使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，尤其是金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)，其具有作為輸入端的漏極電極、作為輸出端的源極電極和作為控制輸入端的柵極電極。此外，根據(jù)本實(shí)用新型的電路裝置包括第二串聯(lián)電路，其由歐姆電阻和齊納二極管構(gòu)成，該第二串聯(lián)電路與第一串聯(lián)電路布置成并聯(lián)電路，其中，第二串聯(lián)電路的其中一端部電連接到第一中間電路線路上而其另一端部電連接到第二中間電路線路上。齊納二極管相對(duì)于中間電路電壓的極性沿截止方向布置。在此情況下重要的是，該齊納二極管構(gòu)建為使得在電壓擊穿時(shí)在齊納二極管上降落的電壓對(duì)應(yīng)于第一半導(dǎo)體開關(guān)的控制電壓，使得第一半導(dǎo)體開關(guān)可以通過(guò)在齊納二極管上降落的電壓被控制進(jìn)入其導(dǎo)通狀態(tài)中。通過(guò)該齊納二極管尤其可以實(shí)現(xiàn)的是:中間電路僅僅被放電至如下剩余電壓，該剩余電壓通過(guò)齊納二極管的設(shè)計(jì)(擊穿電壓)和與齊納二極管串聯(lián)的歐姆電阻來(lái)給定。此外,不依賴于中間電路電壓的大小，在齊納二極管上始終降落對(duì)應(yīng)于第一半導(dǎo)體開關(guān)的控制電壓的電壓，使得即使中間電路電壓變化，該第一半導(dǎo)體開關(guān)也始終可以被切換并且該中間電路可以被可靠地且安全地放電。為了(中間)截取控制電壓，第一半導(dǎo)體開關(guān)(功率開關(guān))的控制輸入端與在歐姆電阻和齊納二極管之間的連接點(diǎn)電連接。因此，在齊納二極管上降落的電壓作為控制電壓而施加在第一半導(dǎo)體開關(guān)的控制輸入端上。為了能夠主動(dòng)地控制中間電路經(jīng)由PTC電阻的放電，在根據(jù)本實(shí)用新型的電路裝置中第一半導(dǎo)體開關(guān)(功率開關(guān))的控制輸入端經(jīng)由第二半導(dǎo)體開關(guān)的負(fù)載路徑與第一半導(dǎo)體開關(guān)(功率開關(guān))的輸出端電連接。該第二半導(dǎo)體開關(guān)與齊納二極管布置成并聯(lián)電路，使得存在針對(duì)齊納二極管的可開關(guān)的旁通線路(旁路)。第二半導(dǎo)體開關(guān)的控制輸入端優(yōu)選在中間連接用于電流隔離的隔離機(jī)構(gòu)例如光耦合器的情況下與驅(qū)控邏輯電路可電連接或者連接，使得該第二半導(dǎo)體開關(guān)可以自由選擇地切換至導(dǎo)通狀態(tài)或截止?fàn)顟B(tài)中。如果第二半導(dǎo)體開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)中，則第一半導(dǎo)體開關(guān)的控制輸入端和輸出端在繞開齊納二極管的情況下被短路，使得第一半導(dǎo)體開關(guān)處于截止?fàn)顟B(tài)中并且中間電路不能經(jīng)由PTC電阻放電。而在第二半導(dǎo)體開關(guān)的截止?fàn)顟B(tài)中，第一半導(dǎo)體開關(guān)的控制電壓在齊納二極管上降落，使得第一半導(dǎo)體開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)中并且中間電路可經(jīng)由PTC電阻放電。第二半導(dǎo)體開關(guān)例如構(gòu)建為場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)，其中由于電流和電壓比較小所以不需要將第二半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)建為功率開關(guān)。因此，根據(jù)本實(shí)用新型的電路裝置首先提供了如下可能性，即中間電路可以在例如幾秒的非常短的時(shí)段中經(jīng)由具有比較小的電阻值的PTC電阻主動(dòng)地(以可自由選擇地接通或者關(guān)斷的形式)放電。放電過(guò)程的控制通過(guò)第二半導(dǎo)體開關(guān)的切換來(lái)進(jìn)行。在第二半導(dǎo)體開關(guān)處于截止?fàn)顟B(tài)的前提條件下，經(jīng)由PTC電阻的放電過(guò)程以特別有利的方式僅通過(guò)從中間電路電壓截取第一半導(dǎo)體開關(guān)的控制電壓來(lái)觸發(fā)，使得即使在驅(qū)控邏輯電路故障時(shí)或者在電路裝置的控制線路中斷(例如由于線纜斷裂)時(shí)也始終保證了中間電路的放電。在根據(jù)本實(shí)用新型的電路裝置的一 個(gè)有利的擴(kuò)展方案中，第二半導(dǎo)體開關(guān)的控制輸入端優(yōu)選地經(jīng)由歐姆電阻與針對(duì)中間電路線路的下電勢(shì)的第二中間電路線路電連接。通過(guò)該措施可以實(shí)現(xiàn)的是，即使通過(guò)驅(qū)控邏輯電路的控制發(fā)生故障(例如在線纜斷裂時(shí))并且未向控制輸入端供給所定義的電勢(shì)，第二半導(dǎo)體開關(guān)也始終處于截止?fàn)顟B(tài)中。因此，可以可靠地消除第二半導(dǎo)體開關(guān)被未定義的電勢(shì)無(wú)意地切換至其導(dǎo)通狀態(tài)中，這會(huì)以不希望的方式導(dǎo)致經(jīng)由PTC電阻的快速放電的去活。在根據(jù)本實(shí)用新型的電路裝置的另一有利的擴(kuò)展方案中，第二半導(dǎo)體開關(guān)的輸入端與在第二串聯(lián)電路的齊納二極管和歐姆電阻之間的連接點(diǎn)電連接，由此能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)上特別簡(jiǎn)單地將第二半導(dǎo)體開關(guān)的負(fù)載路徑與第一半導(dǎo)體開關(guān)的控制輸入端電連接。同樣地，在第二半導(dǎo)體開關(guān)的輸出端與第二中間電路線路電連接時(shí)形成電路裝置的技術(shù)上特別簡(jiǎn)單的構(gòu)型。在根據(jù)本實(shí)用新型的電路裝置的另一有利的擴(kuò)展方案中，這兩個(gè)中間電路線路經(jīng)由至少一個(gè)歐姆電阻彼此電連接，使得除了快速主動(dòng)放電之外還提供了中間電路的緩慢被動(dòng)放電，其中該歐姆電阻的阻值優(yōu)選至少為PTC電阻的阻值的五百倍。此外，本實(shí)用新型還涉及一種電流變換器，尤其是逆變器，例如三相逆變器，其具有如前所描述的電路裝置。[0025]此外，本實(shí)用新型還涉及一種具有電驅(qū)動(dòng)裝置或者混合驅(qū)動(dòng)裝置的汽車，該汽車配備有這種用于為電動(dòng)機(jī)饋電的電流變換器。此外，本實(shí)用新型還涉及一種用于運(yùn)行電流變換器的方法，該電流變換器具有電壓中間電路，該電壓中間電路具有電荷存儲(chǔ)器。在根據(jù)本實(shí)用新型的方法中，受控于與中間電路電壓的電壓抽頭耦合的第二半導(dǎo)體開關(guān)，從中間電路電壓截取用于構(gòu)建為功率開關(guān)的第一半導(dǎo)體開關(guān)的控制電壓，并且該中間電路經(jīng)由串聯(lián)電路來(lái)放電，該串聯(lián)電路由具有正溫度系數(shù)的電阻和功率開關(guān)的通過(guò)控制電壓切換至導(dǎo)通的負(fù)載路徑構(gòu)成。如果與電壓抽頭耦合的第二半導(dǎo)體開關(guān)處于截止?fàn)顟B(tài)中，則該中間電路放電；或者，如果與電壓抽頭耦合的第二半導(dǎo)體開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)中，則該中間電路不放電。優(yōu)選地，電荷存儲(chǔ)器在一位數(shù)的數(shù)秒范圍內(nèi)的時(shí)段中放電。在本方法的一個(gè)有利的擴(kuò)展方案中，第二半導(dǎo)體開關(guān)的控制輸入端通過(guò)中間電路電壓的下電勢(shì)被偏置，由此如前面已經(jīng)提及的那樣，可以避免在驅(qū)控邏輯電路故障時(shí)控制輸入端的未定義的狀態(tài)。應(yīng)理解的是，本實(shí)用新型的不同擴(kuò)展方案可以單獨(dú)地或任意組合地實(shí)現(xiàn)，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)帶有中間電路的傳統(tǒng)電流變換器的改進(jìn)。尤其是，上面提及的以及下面要闡述的特征不僅可以以所說(shuō)明的組合來(lái)使用，而且可以以其他組合或單獨(dú)地使用，而不會(huì)離開本實(shí)用新型的范圍。

現(xiàn)在借助于實(shí)施例更為詳細(xì)地闡述了本實(shí)用新型，其中參考所附的附圖。其中:圖1示出了帶有用于使中間電路主動(dòng)和被動(dòng)放電的電路裝置的三相逆變器的示意圖； 圖2示出了用于使圖1的三相逆變器的中間電路放電的電路裝置的示意圖。
具體實(shí)施方式
首先觀察圖1，其中借助于示意圖闡明了整體上用參考數(shù)字I標(biāo)明的、根據(jù)本實(shí)用新型的用于將直流電壓轉(zhuǎn)換成三個(gè)交流電相位的三相逆變器的一個(gè)實(shí)施例。該三相逆變器I在此例如用于為帶有電驅(qū)動(dòng)裝置或者混合驅(qū)動(dòng)裝置的汽車的三相交流電機(jī)饋電，這在圖1中未詳細(xì)示出。該三相逆變器I具有模塊化的結(jié)構(gòu)并且包括多個(gè)并聯(lián)模塊，在圖1中僅示出了這些模塊中的用于理解本實(shí)用新型的模塊。這樣，該三相逆變器I包括帶有三個(gè)半橋3的功率模塊2，用于產(chǎn)生三個(gè)交流電相位。每個(gè)半橋3以本身公知的方式具有由兩個(gè)串聯(lián)的功率開關(guān)4構(gòu)成的開關(guān)對(duì)，所述功率開關(guān)4典型地構(gòu)建為功率晶體管，例如，絕緣柵雙極性功率晶體管(IGBT)或者功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(Leistung-MOSFET)。續(xù)流二極管6以相反的導(dǎo)通方向與每個(gè)功率開關(guān)4并聯(lián)。用于將所產(chǎn)生的交流電相位與負(fù)載連接的三個(gè)連接端子U、V、w分別與未詳細(xì)標(biāo)明的在同一半橋電路3的兩個(gè)串聯(lián)的功率開關(guān)4之間的連接點(diǎn)電連接。這三個(gè)半橋3分別電連接到唯一的連接端子U、V、w上。在示例性地所觀察的汽車的電驅(qū)動(dòng)裝置或者混合驅(qū)動(dòng)裝置中，這三個(gè)連接端子U、V、w分別與三相交流電機(jī)的繞阻相(未示出)電連接，其中在確定的持續(xù)時(shí)間中為每個(gè)繞組相提供確定極性的電勢(shì)用以控制三相交流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速。為此目的，該功率開關(guān)4被驅(qū)控邏輯電路(未示出)或者發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置相應(yīng)地驅(qū)控，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言本身是已知的，從而這里不必就此進(jìn)行詳細(xì)探討。由(電壓)中間電路7以中間電路電壓UZK (直流電壓)為功率模塊2饋電，為此目的，那些半橋3以并聯(lián)電路形式與兩個(gè)中間電路線路9、9’電連接。為此目的，該中間電路7具有構(gòu)建為中間電路電容器8的電荷存儲(chǔ)器，該電荷存儲(chǔ)器連接到這兩個(gè)中間電路線路9、9’上，使得第一中間電路線路9具有上或者較高的電勢(shì)(DC+)，而第二中間電路線路9’具有下或者較低的電勢(shì)(DC-)。由這兩個(gè)電勢(shì)(DC+、DC-)之差得到了中間電路電壓Uzk，該中間電路電壓Uzk被半橋3轉(zhuǎn)換成三個(gè)交流電相位。為了具有足以運(yùn)行汽車的電動(dòng)機(jī)功率，該中間電路電壓Uzk必須足夠大。例如，中間電路電壓Uzk在400-900伏特的范圍中。中間電路電容器8的電容在此例如為1000 μ F。該中間電路電容器8可以通過(guò)連接到這兩個(gè)中間電路線路9、9’上的直流電源(未示出)、例如蓄電池或燃料電池來(lái)充電。在直流電源同時(shí)構(gòu)建為直流電流吸收器(蓄電池)時(shí)，充電也可以通過(guò)汽車的制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行，其中三相交流電機(jī)作用為發(fā)電機(jī)并且所產(chǎn)生的三相交流電壓通過(guò)功率模塊2轉(zhuǎn)換為直流電壓。例如，蓄電池實(shí)施為工作電壓在從100伏特到600伏特的范圍中的鎳金屬氫化物蓄電池。通過(guò)升壓轉(zhuǎn)換器(未示出)可以實(shí)現(xiàn)將中間電路電壓Uzk相對(duì)于直流電源的工作電壓提高。在圖1中未示出對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言本身已知的三相逆變器I的其他模塊，因?yàn)槿缢峒暗哪菢訉?duì)本實(shí)用新型的理解并不必要，所述其他模塊與功率模塊2以并聯(lián)電路形式電連接到這兩個(gè)中間電路線路9、9’上。具體而言例如為用于每個(gè)交流電相位的扼流圈模塊和濾波器模塊以及所謂的Y-電容器模塊。同樣未示出用于這三個(gè)交流電相位的電流傳感器。 本實(shí)用新型的一個(gè)主要方面是一種用于使中間電路7快速放電的可控的附加電路，該附加電路與功率模塊2以并聯(lián)電路形式電連接到這兩個(gè)中間電路線路9、9’上。這樣，整體上用參考數(shù)字10標(biāo)明的電路裝置包括用于使中間電路7快速主動(dòng)(即可控)放電的第一電路部分11和用于使中間電路7緩慢被動(dòng)(即不可控)放電的第二電路部分11’。通常，通過(guò)第一電路部分11可比通過(guò)第二電路部分11’實(shí)現(xiàn)更快的中間電路7的放電。下面結(jié)合圖2更為詳細(xì)地闡述了用于使中間電路7快速放電的第一電路部分11。用于使中間電路7緩慢放電的第二電路部分11’包括兩個(gè)布置成并聯(lián)電路的電阻排12，每個(gè)電阻排由兩個(gè)歐姆電阻R1、R2構(gòu)成，它們將這兩個(gè)中間電路線路9、9’彼此電連接。這些歐姆電阻Rl、R2被選擇為使得中間電路7的放電在例如達(dá)到數(shù)小時(shí)的足夠長(zhǎng)的時(shí)段上進(jìn)行，從而三相逆變器I的運(yùn)行能力不受影響或者受不顯著影響。此外，歐姆電阻R1、R2的過(guò)度加熱通過(guò)比較低的放電電流來(lái)避免。在本實(shí)施例中，Rl=228千歐姆和R2=l.15千歐姆選擇作為歐姆電阻，其中應(yīng)理解的是，同樣可使用適于特定應(yīng)用的其他電阻，只要保證放電持續(xù)時(shí)間不妨礙三相逆變器I的運(yùn)行能力?，F(xiàn)在觀察圖2，其中示出了用于使中間電路7快速放電的第一電路部分11。不同于只能夠?qū)崿F(xiàn)中間電路7的被動(dòng)(不可控)放電的第二電路部分11，第一電路部分11可以被主動(dòng)控制，以便自由選擇地要么只實(shí)現(xiàn)中間電路7的緩慢放電要么組合地實(shí)現(xiàn)中間電路7的緩慢和快速放電。[0042]為此目的，第一線路部分11包括第一串聯(lián)電路13，該第一串聯(lián)電路13由冷導(dǎo)體或者具有正溫度系數(shù)的電阻(還稱作PTC電阻14)和功率開關(guān)15 (在說(shuō)明書序言中稱作“第一半導(dǎo)體開關(guān)”)構(gòu)成。該第一串聯(lián)電路13將這兩個(gè)中間電路線路9、9’彼此電連接，其中電阻側(cè)的端部與第一中間電路線路9的未詳細(xì)標(biāo)明的連接點(diǎn)電連接，而開關(guān)側(cè)的端部與第二中間電路線路9’的未詳細(xì)標(biāo)明的連接點(diǎn)電連接。因此，功率開關(guān)15在中間連接PTC電阻14的情況下間接地與用于上電勢(shì)(DC+)的第一中間電路線路9電連接，并且直接與用于下電勢(shì)(DC-)的第二中間電路線路9’電連接。例如，該P(yáng)TC電阻14在25° C的溫度下具有350歐姆的電阻，該電阻由于電阻材料的電特性而隨著溫度升高而增加。出于安全原因，PTC電阻14安置在三相逆變器的殼體上，如在圖1中象征性闡明的那樣。PTC電阻14的電阻至少在常溫下顯著小于電阻排12的歐姆電阻Rl、R2的總電阻，例如至少為其五百分之一。相應(yīng)地，通過(guò)第一串聯(lián)電路13的放電電流顯著大于通過(guò)電阻排12的放電電流。例如，功率開關(guān)15構(gòu)建為絕緣柵雙極性功率晶體管(IGBT)或者功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。在第一串聯(lián)電路13中，功率開關(guān)15用其負(fù)載路徑或者功率路徑與PTC電阻14串聯(lián)，其中輸入端19 (在IGBT的情況下為集電極連接部或者在MOSFET的情況下為漏極連接部)與PTC電阻14電連接，并且輸出端20 (在IGBT的情況下為發(fā)射極連接部或者在MOSFET的情況下為源極連接部)與第二中間電路線路9’電連接。此外，第一電路部分11包括與第一串聯(lián)電路13布置成并聯(lián)電路的第二串聯(lián)電路13’，該第二串聯(lián)電路13’由串聯(lián)電阻16 (歐姆電阻)和齊納二極管17構(gòu)成，該第二串聯(lián)電路13’將兩個(gè)中間電路線路9、9’彼此電連接。在此情況下，第二串聯(lián)電路13’的電阻側(cè)的端部與第一中間電路線路9的未詳細(xì)標(biāo)明的連接點(diǎn)電連接并且第二串聯(lián)電路13’的二極管側(cè)的端部與第二中間電路線路9’的未詳細(xì)標(biāo)明的連接點(diǎn)電連接，從而該齊納二極管17在中間連接串聯(lián)電阻16的情況下間接地與用于上電勢(shì)(DC+)的第一中間電路線路9電連接并且直接地與用于下電勢(shì)(DC-)的第二中間電路線路9’電連接。關(guān)于中間電路電壓Uzk，該齊納二極管17沿截止方 向布置，然而在中間電路電壓Uzk在擊穿電壓左右以及其之上時(shí)導(dǎo)電。功率開關(guān)15的控制輸入端21 (柵極連接部)與在串聯(lián)電阻16和齊納二極管17之間的連接點(diǎn)22 (中間抽頭)電連接。這導(dǎo)致在電壓擊穿時(shí)在齊納二極管17上降落的電壓Ue或者連接點(diǎn)22上的電勢(shì)施加在功率開關(guān)15的控制輸入端21上。尤其是，該齊納二極管17設(shè)計(jì)為使得在電壓擊穿時(shí)在齊納二極管17上降落的電壓與用于將功率開關(guān)15切換至導(dǎo)電或者導(dǎo)通狀態(tài)的控制電壓相對(duì)應(yīng)。由于在電壓擊穿時(shí)在齊納二極管17上總是降落相同的電壓，所以在功率開關(guān)15的控制輸入端21上與中間電路電壓Uzk的大小無(wú)關(guān)地始終施加有相同的控制電壓。功率開關(guān)15的控制輸入端21在中間連接另一半導(dǎo)體開關(guān)或者控制開關(guān)18(在說(shuō)明書序言中稱作“第二半導(dǎo)體開關(guān)”)的負(fù)載路徑的情況下與功率開關(guān)15的輸出端20電連接。為此目的，控制開關(guān)18的輸入端19’與在第二串聯(lián)線路13’的齊納二極管17和串聯(lián)電阻16之間的連接點(diǎn)22電連接，并且控制開關(guān)18的輸出端20’與第二中間電路線路9’電連接。此外，控制開關(guān)18的控制輸入端21’通過(guò)光耦合裝置22 (光波導(dǎo))與驅(qū)控邏輯電路(未示出)電連接。通過(guò)該驅(qū)控邏輯電路，可選地為控制開關(guān)18的控制輸入端21’加載控制電壓，例如5伏特，以切換至導(dǎo)電或者導(dǎo)通狀態(tài)，或者加載控制電壓，例如O伏特，以切換至打開或者截止?fàn)顟B(tài)。通過(guò)光耦合裝置22實(shí)現(xiàn)在低伏特-初級(jí)側(cè)P與高伏特-次級(jí)側(cè)S之間的電流隔離，這在圖2中通過(guò)虛線表示。應(yīng)理解的是，代替光耦合裝置22，可以使用用于將初級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)電流隔離的其他裝置。此外，控制開關(guān)18的控制輸入端21’通過(guò)歐姆電阻23電連接到第二中間電路線路9’上。控制開關(guān)18例如實(shí)施為場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，尤其是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)，其中不需要將控制開關(guān)18構(gòu)建為功率晶體管。因此，在第二電路部分11’中，控制開關(guān)18與齊納二極管17布置成并聯(lián)電路，使得在控制開關(guān)18切換至導(dǎo)通的情況下該齊納二極管17在電學(xué)上被繞開(旁路線路)。如果該控制開關(guān)18處于導(dǎo)通狀態(tài)中，則在電學(xué)上繞開齊納二極管17的情況下中間電路7的下電勢(shì)(DC-)施加在功率開關(guān)15的控制輸入端19上。因此，功率開關(guān)15的輸出端20和控制輸入端19處于相同的電勢(shì)(DC-)，使得該功率開關(guān)15處于截止?fàn)顟B(tài)中。在此情況下，中間電路7通過(guò)PTC電阻14的主動(dòng)放電是不可能的。對(duì)于在汽車正常運(yùn)行中三相逆變器I的適當(dāng)?shù)墓δ芏?，期望這樣地去活對(duì)中間電路電容器8的快速放電。例如，控制開關(guān)18在三相交流電機(jī)起動(dòng)時(shí)通過(guò)驅(qū)控邏輯電路被切換至導(dǎo)通狀態(tài)而在三相交流電機(jī)停止時(shí)被切換至截止?fàn)顟B(tài)。另一方面，如果該控制開關(guān)18處于截止?fàn)顟B(tài)中，則在連接點(diǎn)22上截取的電壓或者電勢(shì)施加在功率開關(guān)15的控制輸入端21上。針對(duì)中間電路電壓Uzk超過(guò)齊納二極管17的擊穿電壓的情況，在齊納二極管17上始終降落相同的電壓，該電壓選擇為使得其與功率開關(guān)17的控制電壓相對(duì)應(yīng)。因此，功率開關(guān)17自動(dòng)地通過(guò)該從中間電路電壓Uzk截取的控制電壓切換至其導(dǎo)電或者導(dǎo)通狀態(tài)，只要該中間電路電壓UZK超過(guò)齊納二極管17的擊穿電壓。在此情況下，該中間電路 可以經(jīng)由PTC電阻14 (部分地)放電。中間電路7經(jīng)由P TC電阻14的放電由于PTC電阻14的電阻小而比經(jīng)由這兩個(gè)電阻排12的放電顯著快地進(jìn)行，優(yōu)選地在一位數(shù)的數(shù)秒范圍內(nèi)的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，例如在小于5秒內(nèi)。在此情況下，由于在此出現(xiàn)的高放電電流引起的PTC電阻14的過(guò)度加熱可以通過(guò)電阻隨溫度增加而升高來(lái)避免。在實(shí)踐中表明，PTC電阻14的溫度會(huì)升高直至最大工作溫度，其中PTC電阻14根據(jù)要放電的中間電路電壓Uzk設(shè)計(jì)為使得其最大工作溫度能夠?qū)崿F(xiàn)中間電路7無(wú)損毀地放電。例如，PTC電阻14的最大工作溫度在130°C至160°C的范圍中。因此，在控制開關(guān)18處于截止?fàn)顟B(tài)中的前提條件下，中間電路7的快速放電可以有利地僅僅通過(guò)在中間電路電壓Uzk上的電壓截取而實(shí)現(xiàn)。這種情況在通過(guò)控制邏輯電路為控制開關(guān)18的控制輸入端21’加載例如O伏特的電壓(這在電動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)以調(diào)節(jié)技術(shù)來(lái)設(shè)置)時(shí)出現(xiàn)。然而有利地，即使在調(diào)解技術(shù)上對(duì)控制開關(guān)18的控制不再可能，時(shí)，例如在由意外造成的線纜斷裂的情況下，通過(guò)在第二串聯(lián)電路13’中從中間電路電壓Uzk截取的電壓也實(shí)現(xiàn)中間電路7的快速放電。此外，為控制開關(guān)18的控制輸入端21’加載中間電路7的下電勢(shì)(DC-)，由此可以實(shí)現(xiàn)的是，例如在由意外造成的線纜斷裂的情況下控制開關(guān)18始終處于截止?fàn)顟B(tài)中。有利地，控制開關(guān)18的控制輸入端21’的浮置或者未定義的狀態(tài)被避免，從而始終可以保證中間電路7的快速主動(dòng)放電。如果中間電路電壓UZK在放電期間下降到在齊納二極管17的擊穿電壓之下的電壓值，則在齊納二極管17上不再降落功率開關(guān)15的控制電壓Ue，這導(dǎo)致功率開關(guān)15轉(zhuǎn)移到其截止?fàn)顟B(tài)中。由此，中間電路7經(jīng)由PTC電阻14的進(jìn)一步放電不再可能，使得在中間電路7中例如保留10伏特至50伏特的(對(duì)人員體無(wú)害的)剩余電壓，該剩余電壓可以在明顯更長(zhǎng)的時(shí)段上經(jīng)由電阻排12來(lái)放電。優(yōu)選地，該剩余電壓小于在三相逆變器I的正常運(yùn)行中中間電路電壓Uzk的20%，尤其小于10%。在中間電路7中的剩余電壓具有如下優(yōu)點(diǎn):中間電路電容器8能夠更為快速地充電到對(duì)于三相逆變器的運(yùn)行狀態(tài)所希望的中間電路電壓Uzk，從而能夠?qū)崿F(xiàn)加速恢復(fù)三相逆變器I的運(yùn)行。因此，根據(jù)本實(shí)用新型的電路裝置首先提供了在例如幾秒內(nèi)使電流變換器的中間電路可控地或者快速主動(dòng)放電的可能性。這可以通過(guò)中間電路電容器經(jīng)由PTC電阻的放電來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中該放電依賴于功率開關(guān)的負(fù)載路徑的線路狀態(tài)，該功率開關(guān)的控制電壓從中間電路電壓截取。為此目的，設(shè)置有構(gòu)建為齊納二極管的、可自切換的電流閥(StiOmventil)，在該電流閥上與該中間電路電壓的大小無(wú)關(guān)地始終降落相同的電壓，其中齊納二極管構(gòu)建為使得該電壓與所截取的功率開關(guān)的控制電壓相對(duì)應(yīng)。為了電流變換器的正常運(yùn)行，通過(guò)另一用于控制功率開關(guān)的半導(dǎo)體開關(guān)在電學(xué)上繞開齊納二極管17的情況下可以有目的地將中間電路的快速放電激活或去活。根據(jù)本實(shí)用新型的用于使中間電路快速主動(dòng)放電的電路裝置以技術(shù)上特別簡(jiǎn)單的、成本低廉的且同時(shí)牢固的結(jié)構(gòu)而突出?，F(xiàn)有的電流變換器可以以簡(jiǎn)單的方式而改型。附圖標(biāo)記表I三相逆變器2功率模塊3半橋 4功率開關(guān)5連接點(diǎn)6續(xù)流二極管7中間電路8中間電路電容器9、9’ 中間電路線路10電路裝置11、11’ 電路部分12電阻排13、13’ 串聯(lián)電路14PTC 電阻15功率開關(guān)16串聯(lián)電阻17齊納二極管18控制開關(guān)19、19’ 輸入端20、20’ 輸出端21、21’ 控制輸入端[0079]22光耦合裝置23 歐姆電阻
權(quán)利要求1.一種用于帶有中間電路(7)的電流變換器(I)的電路裝置(10)，所述中間電路(7)具有電荷存儲(chǔ)器(8)，所述中間電路(7)具有針對(duì)中間電路電壓(Uzk)的上電勢(shì)(DC+)的第一中間電路線路(9 )和針對(duì)中間電路電壓(Uzk)的下電勢(shì)(DC-)的第二中間電路線路(9 ’)，所述電路裝置(10)具有如下特征: -由具有正溫度系數(shù)的電阻(14)和構(gòu)建為功率開關(guān)的第一半導(dǎo)體開關(guān)(15)構(gòu)成的第一串聯(lián)電路(13 )電連接到這兩個(gè)中間電路線路(9、9 ’)上， -與所述第一串聯(lián)電路(13)布置成并聯(lián)電路的、由歐姆電阻(16)和齊納二極管(17)構(gòu)成的第二串聯(lián)電路(13’)電連接到所述兩個(gè)中間電路線路(9，9’)上，其中所述齊納二極管(17)設(shè)計(jì)為使得在電壓擊穿時(shí)降落的電壓對(duì)應(yīng)于所述第一半導(dǎo)體開關(guān)(15)的控制電壓， -所述第一半導(dǎo)體開關(guān)(1 5)的控制輸入端(21)與在所述歐姆電阻(16)和所述齊納二極管(17)之間的連接點(diǎn)(5)電連接， -所述第一半導(dǎo)體開關(guān)(15)的控制輸入端(21)經(jīng)由與所述齊納二極管(17)并聯(lián)的第二半導(dǎo)體開關(guān)(18)與所述第一半導(dǎo)體開關(guān)(15)的輸出端(20)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置(10)，其中所述第二半導(dǎo)體開關(guān)(18)的控制輸入端(21’)與所述第二中間電路線路(9’)電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路裝置(10)，其中所述第二半導(dǎo)體開關(guān)(18)的輸入端(19’)與所述在所述歐姆電阻(16)和所述齊納二極管(17)之間的連接點(diǎn)(5)電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路裝置(10)，其中所述第二半導(dǎo)體開關(guān)(18)的輸出端(20’)與所述第二中間電路線路(9’)電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路裝置(10)，其中所述第二半導(dǎo)體開關(guān)(18)的控制輸入端(21’)在中間連接用于將高壓側(cè)(S)與低壓側(cè)(P)電流隔離的隔離機(jī)構(gòu)(22)的情況下與驅(qū)控邏輯電路電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路裝置(10)，其中所述兩個(gè)中間電路線路(9、9’)經(jīng)由至少一個(gè)歐姆電阻(Rl、R2)彼此電連接，所述至少一個(gè)歐姆電阻(Rl、R2)至少是所述具有正溫度系數(shù)的電阻(14)的五百倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路裝置(10)，其中所述具有正溫度系數(shù)的電阻(14)具有使得所述電荷存儲(chǔ)器(8)能夠在一位數(shù)的數(shù)秒范圍內(nèi)的時(shí)段中至少放電至能預(yù)給定的剩余電壓的電阻，所述剩余電壓小于中間電路電壓(Uzk)的20%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路裝置(10)，其中所述具有正溫度系數(shù)的電阻(14)具有使得所述電荷存儲(chǔ)器(8)能夠在一位數(shù)的數(shù)秒范圍內(nèi)的時(shí)段中至少放電至能預(yù)給定的剩余電壓的電阻，所述剩余電壓小于中間電路電壓(Uzk)的10%。
9.一種電流變換器，該電流變換器具有根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的電路裝置。
10.一種具有電驅(qū)動(dòng)裝置或者混合驅(qū)動(dòng)裝置的汽車，其裝備有根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于為電動(dòng)機(jī)饋電的電流變換器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及用于帶有中間電路的電流變換器的電路裝置。本實(shí)用新型涉及用于使電流變換器的中間電路經(jīng)由PTC電阻快速主動(dòng)放電的附加電路，其中該放電依賴于功率開關(guān)的負(fù)載路徑的線路狀態(tài)，該功率開關(guān)的控制電壓從中間電路電壓截取。為此目的，設(shè)置有齊納二極管，在該齊納二極管上降落用于功率開關(guān)的控制電壓。為了電流變換器的正常運(yùn)行，通過(guò)另一用于控制功率開關(guān)的半導(dǎo)體開關(guān)在電學(xué)上繞開齊納二極管的情況下有目的地激活或去活中間電路的快速放電。
文檔編號(hào)H02M5/45GK203104301SQ201320070180
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月6日
發(fā)明者米夏埃爾·烏爾, 約亨·克勞斯 申請(qǐng)人:賽米控電子股份有限公司