本發(fā)明涉及一種用于運行三電平逆變器的方法，該三電平逆變器具有中間電路以及至少三個與中間電路相連的開關(guān)部分，所述中間電路帶有形式為高側(cè)端子、低側(cè)端子和中點端子的三個端子，所述開關(guān)部分分別帶有相抽頭，所述相抽頭用于分別與電驅(qū)動設(shè)備的一個相電連接。每個開關(guān)部分分別具有三個開關(guān)裝置，所述開關(guān)裝置形式為與高側(cè)端子相連的高側(cè)開關(guān)裝置、與低側(cè)端子相連的低側(cè)開關(guān)裝置和與中點端子相連的中點開關(guān)裝置。為了調(diào)制特定于工作點的輸出電壓，確定用于開關(guān)裝置的開關(guān)模式，通過該開關(guān)模式將開關(guān)裝置轉(zhuǎn)變到不同的開關(guān)狀態(tài)中，并且在此將相應(yīng)的開關(guān)部分的相抽頭在產(chǎn)生電壓矢量的情況下分別與中間電路的端子之一連接。此外，本發(fā)明涉及一種控制裝置、一種功率模塊以及一種機動車。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，需求集中于用于能電驅(qū)動的機動車（即電動車輛或混合動力車輛）的三電平逆變器（3-level-inverter（德語：dreistufenwechselrichter））。這種三電平逆變器在機動車的電驅(qū)動設(shè)備與電蓄能器（例如牽引電池）之間接通并且用于將由電蓄能器提供的直流電壓轉(zhuǎn)換成用于電驅(qū)動設(shè)備的相的多相交流電壓。也可以將三電平逆變器用作三相充電儀器的功率因數(shù)校正濾波器。

2、逆變器通常具有三個并聯(lián)的半橋以及一個與半橋相連的中間電路。每個半橋分別具有兩個開關(guān)裝置，其中，第一開關(guān)裝置構(gòu)成為高側(cè)開關(guān)裝置并且與中間電路的高側(cè)端子相連，并且其中，第二開關(guān)裝置構(gòu)成為低側(cè)開關(guān)裝置并且與中間電路的低側(cè)端子相連。三電平逆變器除了半橋還具有三個第三開關(guān)裝置，這三個第三開關(guān)裝置構(gòu)成為中點開關(guān)裝置并且分別與半橋的第一與第二開關(guān)裝置之間的抽頭以及與中間電路的中點端子電連接。這種三電平逆變器可以為每個由半橋和中點開關(guān)裝置組成的開關(guān)部分提供用于電機的相的三個電壓電平，并且因此除了傳統(tǒng)的二電平逆變器的八個開關(guān)狀態(tài)還具有用于調(diào)制特定于工作點的輸出電壓的19個其它開關(guān)狀態(tài)。借助于這27個開關(guān)狀態(tài)，可以產(chǎn)生諧波含量特別低的輸出電壓的所期望的正弦形狀，由此減小了電機中的損耗。此外，三電平逆變器具有特別低的開關(guān)損耗。

3、為了降低三電平逆變器的成本，例如可以降低中點開關(guān)裝置的中點開關(guān)的質(zhì)量和數(shù)量。中點開關(guān)的這種減少在三電平逆變器的某些運行點中提高了導(dǎo)通損耗（durchlassverluste）。由于熱邊界條件，這些導(dǎo)通損耗降低了系統(tǒng)的效率，并且還可能導(dǎo)致中點開關(guān)過載。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的任務(wù)是提供一種用于降低用于機動車的三電平逆變器的中點開關(guān)在調(diào)制周期內(nèi)出現(xiàn)的平均導(dǎo)通損耗的解決方案。

2、按照本發(fā)明，這一任務(wù)通過帶有按照相應(yīng)獨立權(quán)利要求的特征的方法、控制裝置、功率電子模塊以及機動車來解決。本發(fā)明的有利實施例是從屬權(quán)利要求、說明書以及附圖的技術(shù)方案。

3、按照本發(fā)明的方法用于運行三電平逆變器。該三電平逆變器具有中間電路，該中間電路帶有形式為高側(cè)端子、低側(cè)端子和中點端子的三個端子。此外，該三電平逆變器具有至少三個與中間電路相連的開關(guān)部分，該開關(guān)部分分別帶有相抽頭，所述相抽頭用于分別與電驅(qū)動設(shè)備的一個相電連接。每個開關(guān)部分分別具有三個開關(guān)裝置，所述開關(guān)裝置形式為與高側(cè)端子相連的高側(cè)開關(guān)裝置、與低側(cè)端子相連的低側(cè)開關(guān)裝置和與中點端子相連的中點開關(guān)裝置。為了調(diào)制特定于工作點的輸出電壓，確定用于開關(guān)裝置的開關(guān)模式，通過該開關(guān)模式將開關(guān)裝置轉(zhuǎn)變到不同的開關(guān)狀態(tài)中，并且在此將相應(yīng)的開關(guān)部分的相抽頭在產(chǎn)生電壓矢量的情況下分別與中間電路的端子之一連接。

4、為了降低中點開關(guān)裝置的導(dǎo)通損耗，在降低導(dǎo)通損耗的變型中確定開關(guān)模式，在該變型中，開關(guān)模式的至少一個通過有至少一個中點開關(guān)裝置參與的開關(guān)狀態(tài)產(chǎn)生的電壓矢量至少部分地由兩個通過沒有中點開關(guān)裝置參與的開關(guān)狀態(tài)產(chǎn)生的電壓矢量替代。

5、此外，屬于本發(fā)明的還有一種控制裝置，其被設(shè)計用于執(zhí)行按照本發(fā)明的方法，以及一種帶有三電平逆變器和按照本發(fā)明的控制裝置的功率電子模塊。按照本發(fā)明的機動車包括電蓄能器、電機以及按照本發(fā)明的功率電子模塊，其中，三電平逆變器在輸入側(cè)與電蓄能器相連，并且在輸出側(cè)與電機的定子的相相連。三電平逆變器被設(shè)計用于，將由電蓄能器提供的直流電壓轉(zhuǎn)換為多相交流電壓并將其作為用于電機的相的輸出電壓提供，所述直流電壓作為輸入電壓施加在三電平逆變器的中間電路處。

6、三電平逆變器在輸入側(cè)具有中間電路，該中間電路特別是具有至少一個由至少兩個電容器組成的串聯(lián)電路。開關(guān)部分或開關(guān)橋分別具有帶有至少一個高側(cè)開關(guān)的高側(cè)開關(guān)裝置、帶有至少一個低側(cè)開關(guān)的低側(cè)開關(guān)裝置和帶有至少一個中點開關(guān)的中點開關(guān)裝置。開關(guān)部分的高側(cè)開關(guān)裝置和低側(cè)開關(guān)裝置電路連接成半橋。每個開關(guān)部分具有一個相抽頭，該相抽頭與所屬的電機相相連。由構(gòu)成中間電路的高側(cè)端子和低側(cè)端子的電容器組成的串聯(lián)電路的端子與電蓄能器的極以及與開關(guān)部分的半橋相連。在至少一個串聯(lián)電路的電容器之間設(shè)有中點端子、簡稱中點，其與開關(guān)部分的中點開關(guān)裝置相連。半橋在此分別形成相應(yīng)的開關(guān)部分的豎直橋支路，而中點開關(guān)裝置形成相應(yīng)的開關(guān)部分的水平橋支路。高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)例如可以構(gòu)成為igbt或功率mosfet。為了提供雙向的阻斷能力，中點開關(guān)裝置可以分別具有兩個反向串聯(lián)地電路連接的中點開關(guān)或者分別具有一個雙向的中點開關(guān)。中點開關(guān)同樣可以構(gòu)成為igbt或功率mosfet。

7、由于每個開關(guān)橋有三個開關(guān)裝置，三電平逆變器在有三個開關(guān)橋的情況下具有27個開關(guān)狀態(tài)，其中，每個開關(guān)狀態(tài)產(chǎn)生一個電壓矢量，該電壓矢量在矢量圖中能表示為空間矢量。在此，在開關(guān)部分的高側(cè)開關(guān)裝置閉合的情況下，該開關(guān)部分的相抽頭與高側(cè)端子電連接，并且因此，高側(cè)電勢被施加到所屬的相上。在開關(guān)部分的低側(cè)開關(guān)裝置閉合的情況下，該開關(guān)部分的相抽頭與低側(cè)端子電連接，并且因此，低側(cè)電勢被施加到所屬的相上。在開關(guān)部分的中點開關(guān)裝置閉合的情況下，該開關(guān)部分的相抽頭與中點端子電連接，并且因此，中點電勢被施加到所屬的相上。

8、例如，三個開關(guān)狀態(tài)產(chǎn)生零電壓矢量，在所述三個開關(guān)狀態(tài)中，要么所有高側(cè)開關(guān)閉合并且因此所有相抽頭以及相都與中間電路的高側(cè)端子相連，要么所有低側(cè)開關(guān)閉合并且因此所有相抽頭以及相都與中間電路的低側(cè)端子相連，要么所有中點開關(guān)閉合并且因此所有相抽頭以及相都與中間電路的中點端子相連，所述零電壓矢量在空間矢量圖中表示為零電壓空間矢量。因此，可以冗余地產(chǎn)生零電壓空間矢量。沒有中點開關(guān)裝置參與并因此也沒有中點開關(guān)參與的六個其它開關(guān)狀態(tài)產(chǎn)生六個電壓矢量，這些電壓矢量在空間矢量圖中表示為長的外部電壓空間矢量并且構(gòu)成外部六邊形的角點。這六個長的外部電壓空間矢量對應(yīng)于二電平逆變器的基本電壓空間矢量，并且在下文中也被稱為基本電壓空間矢量。六個其它開關(guān)狀態(tài)具有中點開關(guān)裝置參與并且產(chǎn)生六個其它電壓矢量，這些電壓矢量在空間矢量圖中映射為平均的外部電壓空間矢量并且在外部六邊形的側(cè)邊上位于每兩個長的外部電壓空間矢量之間。

9、同樣具有中點開關(guān)裝置參與的十二個其它開關(guān)狀態(tài)產(chǎn)生十二個短的內(nèi)部電壓空間矢量，其中，每兩個開關(guān)狀態(tài)提供兩個相同的電壓空間矢量、即帶有相同長度和相同相角的電壓空間矢量。因此，短的內(nèi)部電壓空間矢量中的每一個都能冗余地產(chǎn)生。在此，短的內(nèi)部電壓空間矢量撐開一個內(nèi)部六邊形，其中，每兩個冗余的電壓空間矢量形成內(nèi)部六邊形的一個角點。彼此冗余的電壓空間矢量在此對在中間電路的中點端子中的電流具有相反的、互補的作用。

10、外部六邊形劃分成六個三角形的區(qū)域，其中，每個區(qū)域的角點通過零電壓空間矢量以及兩個相鄰的長的外部電壓空間矢量形成。每個區(qū)域又劃分成四個三角形的區(qū)段，其中，在每個區(qū)段的至少一個角點處有兩個冗余的電壓空間矢量?，F(xiàn)在為了借助于電壓矢量調(diào)制特定于工作點的任意輸出電壓，確定代表輸出電壓的、特定于工作點的輸出電壓空間矢量位于哪個區(qū)域中和該區(qū)域的哪個區(qū)段中。接著，可以通過對撐開該區(qū)段的電壓空間矢量進(jìn)行脈寬調(diào)制來產(chǎn)生該特定于工作點的輸出電壓空間矢量。為此確定開關(guān)模式，在該開關(guān)模式中確定了用于調(diào)制的、特定于區(qū)段的電壓空間矢量的順序以及持續(xù)時間。

11、在調(diào)制輸出電壓時，也使用開關(guān)模式中的如下電壓矢量，這些電壓矢量通過有中點開關(guān)裝置參與的開關(guān)狀態(tài)產(chǎn)生，并且因此，至少一個開關(guān)部分的相抽頭與中間電路的中點端子電路連接。在例如出于成本原因以低于高側(cè)開關(guān)裝置和低側(cè)開關(guān)裝置的開關(guān)的質(zhì)量提供這些中點開關(guān)裝置的中點開關(guān)的情況下，這些中點開關(guān)在某些運行范圍中具有較高的導(dǎo)通損耗。這些運行范圍的特征例如在于中點開關(guān)裝置的調(diào)制度和/或調(diào)制指數(shù)和/或調(diào)制度和/或相電流和/或溫度。三電平逆變器的調(diào)制度描述了當(dāng)前的輸出電壓與可以由三電平逆變器提供的最大可能輸出電壓的比。為了減少這些導(dǎo)通損耗，開關(guān)模式的降低導(dǎo)通損耗的變型被確定，并且優(yōu)選總是當(dāng)存在三電平逆變器的升高導(dǎo)通損耗的運行范圍時被提供。在這個升高導(dǎo)通損耗的運行范圍之外，例如可以這樣交替開關(guān)模式的電壓矢量，使得這些電壓矢量在調(diào)制周期內(nèi)被均勻地加負(fù)荷。

12、在開關(guān)模式的降低導(dǎo)通損耗的變型中，中點開關(guān)裝置在開關(guān)狀態(tài)中的參與降低。為此，至少一個電壓空間矢量（特別是零電壓空間矢量之一和/或內(nèi)部的短電壓空間矢量之一）由兩個其它電壓空間矢量替代。在調(diào)制度較低（例如低于0.6）的情況下，并且在相電流較高的情況下，根據(jù)調(diào)制指數(shù)，例如只通過中點開關(guān)裝置產(chǎn)生的那個零電壓空間矢量至少部分地由僅在高側(cè)開關(guān)裝置的參與下產(chǎn)生的電壓空間矢量和/或由僅在低側(cè)開關(guān)裝置的參與下產(chǎn)生的電壓空間矢量替代。

13、在某些調(diào)制度的情況下，特別是在調(diào)制度約為0.6且相電流較高的情況下，冗余的內(nèi)部的短電壓空間矢量之一由兩個在空間矢量圖中相鄰的替代電壓空間矢量（即基本電壓空間矢量和零電壓空間矢量）替代，其方式是，交替地并且在時間上相同加權(quán)地提供這些替代電壓空間矢量。因此，在需要時能夠以簡單的方式減輕中點開關(guān)的負(fù)荷。

14、也可以規(guī)定，如此確定開關(guān)模式之內(nèi)冗余電壓矢量的時間加權(quán)，使得降低中點電壓的偏差。這種實施方式所基于的認(rèn)知是：有中點開關(guān)裝置參與的開關(guān)狀態(tài)在中點端子中引起電流負(fù)荷，如果電流負(fù)荷沒有在調(diào)制周期內(nèi)被補償，該電流負(fù)荷可能引起中點電壓出現(xiàn)不期望的偏差。這種偏差可以通過開關(guān)模式中冗余電壓矢量的時間加權(quán)來實現(xiàn)以及在開關(guān)模式的降低導(dǎo)通損耗的變型中實現(xiàn)。在帶有冗余電壓矢量的兩個電壓矢量對參與了調(diào)制輸出電壓的情況下，主要將如下一個電壓矢量對用于中點平衡，在該電壓矢量對中，在時間上加權(quán)更高的冗余電壓矢量具有更少數(shù)量的帶有中點開關(guān)參與的開關(guān)狀態(tài)。因此，可以同時實現(xiàn)減少中點電壓變化以及降低中點開關(guān)裝置的負(fù)荷。

15、關(guān)于按照本發(fā)明的方法所介紹的實施方式和其優(yōu)點相應(yīng)地適用于按照本發(fā)明的控制裝置、按照本發(fā)明的功率電子模塊以及按照本發(fā)明的機動車。

16、本發(fā)明的其它特征由權(quán)利要求、附圖和附圖說明得出。以上在說明中提到的特征和特征組合以及以下在附圖說明中提到的和/或在附圖中單獨示出的特征和特征組合不僅能夠以分別給出的組合方式使用，而且也能夠以其它組合方式使用或單獨使用。