用于有源整流器在甩負荷情況下的過壓保護的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有在甩負荷情況下防止過壓的裝置的用于有源橋式整流器的整流器模塊、一種具有相對應(yīng)的整流器模塊的有源橋式整流器、一種具有這樣的橋式整流器的發(fā)電機裝置、一種相對應(yīng)的機動車車載電網(wǎng)、一種所屬的運行方法和用于實施該運行方法的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為了從三相交流系統(tǒng)給直流系統(tǒng)供電，不同結(jié)構(gòu)形式的整流器可以被采用。在機動車車載電網(wǎng)中，對應(yīng)于在那里通常被建造的(verbaut)三相交流發(fā)電機，常常使用六脈沖實施的橋式整流器。然而，本發(fā)明以相同的方式適合于針對其它的相數(shù)(例如針對四相或者五相發(fā)電機)的橋式整流器。
[0003]甩負荷(英語:LoadDump)是在橋式整流器的情況下的關(guān)鍵性的運行情況。如果在高勵磁的發(fā)電機和相對應(yīng)高的所發(fā)出的電流的情況下在發(fā)電機或與之相連的橋式整流器上的負荷(例如通過切斷耗電器)突然減小并且這不能被在直流電網(wǎng)中的以電容方式起作用的元件(例如在機動車車載電網(wǎng)中的電池)截住，那么出現(xiàn)甩負荷。在這種情況下，在直至為大約300到500ms的持續(xù)時間的極端情況下，由于發(fā)電機中的未被排出的能量，高電壓可能會通過與發(fā)電機相連的橋式整流器被提供到機動車車載電網(wǎng)中。因而一般在橋式整流器中，該高電壓必須能被截住，以便保護在機動車車載電網(wǎng)中的電部件免受過壓損害。在無源橋式整流器的情況下，這通過在那里所建造的整流器齊納二極管實現(xiàn)。在所述整流器齊納二極管中，過壓可以被嵌位(kla_ern)并且多余的能量被轉(zhuǎn)化為熱量。
[0004]然而，諸如在DE 10 2009 046 955 Al中所解釋的那樣，在機動車中采用有源橋式整流器是值得期望的，還有其它因素，因為所述有源橋式整流器與無源的或不受控制的橋式整流器相反具有較小的損耗功率。目前可得到的用于這種有源橋式整流器的可操控的(ansteuerbar)或有源的開關(guān)元件(例如M0SFET)沒有具有足夠的穩(wěn)健性的集成的嵌位功能而且不能截住過壓。因而在有源橋式整流器中，附加的保護策略是必需的。
[0005]例如，在甩負荷的情況下，發(fā)電機相可以通過將上面的或者下面的整流器支路的所有開關(guān)元件短時間地切換為導(dǎo)通地被短接，諸如也在DE 198 35 316 Al中所公開的并且在DE 10 2009 046 955 Al中所討論的那樣。這尤其是基于對附在有源橋式整流器的直流電壓端子上的輸出電壓的分析而實現(xiàn)。如果該輸出電壓超過預(yù)先給定的上限閾值，那么使相對應(yīng)的短路開始，并且輸出電壓下降。如果該輸出電壓由此低于預(yù)先給定的下限閾值，那么所述短路結(jié)束(aufheben)，并且該輸出電壓重新上升。因此涉及典型的磁滯特性。因而，該輸出電壓在甩負荷的情況下基本上在上限閾值和下限閾值之間往復(fù)擺動。
[0006]這里，問題可能在所謂的分散式構(gòu)造的有源橋式整流器中出現(xiàn)，其中各個半橋分別具有獨立的操控電路(Ansteuerschaltung)，所述操控電路分別單獨地檢測輸出電壓。這些具有獨立的操控電路的半橋在本申請的范圍內(nèi)也被稱作整流器模塊或者相模塊。因為在這些操控電路中一定的公差是不可避免的，所以在各個半橋中可發(fā)生不同的開關(guān)特性，如在下面所解釋的那樣。這尤其是涉及借助于專用集成電路(英文:applicat1n specificintegrated circuits，ASIC)來實現(xiàn)的操控電路。由于不同的開關(guān)特性，有源橋式整流器中的各個開關(guān)元件可以明顯過載，這可導(dǎo)致相對應(yīng)的開關(guān)元件的熱損壞和停止運轉(zhuǎn)。
[0007]因而存在對用于有源整流器在甩負荷情況下的改善的保護策略的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在該背景下，本發(fā)明建議了具有獨立權(quán)利要求的特征的一種具有在甩負荷情況下防止過壓的裝置的用于有源橋式整流器的整流器模塊、一種具有相對應(yīng)的整流器模塊的有源橋式整流器、一種具有這樣的橋式整流器的發(fā)電機裝置、一種相對應(yīng)的機動車車載電網(wǎng)、一種所屬的運行方法和用于實施該運行方法的裝置。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點
如所提及的那樣，本發(fā)明涉及具有有源橋式整流器的發(fā)電機裝置在甩負荷的情況下的運行。如所解釋的那樣，這樣的運行可以包括:通過同時操控(并且由此同時接通)整流器支路的所有下面的或者所有上面的可操控的或有源的開關(guān)元件，將發(fā)電機相或有源橋式整流器的與這些發(fā)電機相相對應(yīng)的交流電壓端子彼此導(dǎo)通地連接(短接)，并且再次同時又結(jié)束相對應(yīng)的短路。即引起或結(jié)束相短路。
[0010]在所提及的分散式構(gòu)造的有源橋式整流器(在所述有源橋式整流器中，各個半橋分別具有獨立的操控電路，所述操控電路分別單獨地檢測附在有源橋式整流器的直流電壓端子上的輸出電壓)中，也力求這樣的運行，然而在現(xiàn)有技術(shù)中由于在開頭所解釋的在電壓識別的情況下的公差和/或操控電路的連接在下游的(nachgeordnet)元件而并不總是實現(xiàn)這樣的運行。而按照本發(fā)明的措施使得這樣的運行成為可能。
[0011]由于所提及的公差可發(fā)生的是:半橋的操控電路只有在輸出電壓的電壓值比所有其它半橋更高的情況下才切換到導(dǎo)通的狀態(tài)。由此，盡管在所有半橋中有相同的預(yù)給定，但是在該操控電路中有效地得出更高的上限閾值。
[0012]相對應(yīng)的情況也適用于下限閾值，也就是說半橋的操控電路只有在輸出電壓的電壓值比所有其它半橋更低的情況下才又開始進行(aufnehmen)正常的運行并且由此盡管在所有半橋中有相同的預(yù)給定但是有效地擁有更低的下限閾值。
[0013]最后解釋的情況被證明為是特別關(guān)鍵的。因為所有其它半橋的操控電路在具有有效地更低的閾值的操控電路之前又開始進行正常的運行，所以輸出電壓又上升。因而可發(fā)生的是，具有有效地最低的閾值的操控電路從不檢測在所述有效地最低的閾值之下的輸出電壓。相對應(yīng)地被操控的開關(guān)元件由此持久地保持被切換為導(dǎo)通的。
[0014]可能因此各個相又開始進行正常的整流，而其它的相持久地保持在導(dǎo)通狀態(tài)下。其它的相必要時決不進入持久導(dǎo)通的狀態(tài)。該特性導(dǎo)致得到的相電流的不對稱，如在下面所解釋的圖2中所闡明的那樣。由于此，整流器中的各個開關(guān)元件可明顯過載，這可導(dǎo)致相對應(yīng)的開關(guān)元件的熱損壞。由此，有源橋式整流器過早的停止運轉(zhuǎn)或者對由甩負荷所引起的過壓的不足夠的限制是可能的。
[0015]如通常所公知的那樣，有源橋式整流器具有利用其相應(yīng)的開關(guān)元件限定上面的和下面的或高壓側(cè)(Highside)和低壓側(cè)(Lowside)整流器支路的半橋。借助于被布置在上面的或高壓側(cè)整流器支路中的開關(guān)元件可以分別建立一個或多個交流電壓端子與正的直流電壓端子的連接，并且借助于被布置在下面的或低壓側(cè)整流器支路中的開關(guān)元件可以建立一個或多個交流電壓端子與負的直流電壓端子的連接。因此，每個半橋都具有兩個串聯(lián)在兩個直流電壓端子之間的并且可操控的開關(guān)元件，所述交流電壓端子中的一個分別被連接在所述兩個開關(guān)元件之間。
[0016]借助于交流電壓端子，有源橋式整流器與相對應(yīng)的數(shù)目的發(fā)電機相相連，直流電壓端子供給直流電壓車載電網(wǎng)。正的直流電壓端子也用B+來標明。負的直流電壓端子(也用B-來標明)尤其是可以接地。在有源橋式整流器的進行整流的運行的情況下，輸出電壓附在直流電壓端子上，所述輸出電壓可以與所連接的車載電網(wǎng)的車載電網(wǎng)電壓相對應(yīng)。易于理解的是，相對應(yīng)的有源橋式整流器也可以逆變式地運行(例如在混合動力車輛中)。這樣的運行階段在這里不被考慮。然而易于理解的是，如果在本申請的范圍內(nèi)談到發(fā)電機，在這種情況下也可涉及不僅可發(fā)電機式地而且可電動機式地運行的電機。相對應(yīng)的情況也適用于在相對應(yīng)的運行階段中也可以是可逆變式地運行的有源整流器。
[0017]如事先所提及的那樣，本發(fā)明在此涉及所謂的分散式橋式整流器，其中每個半橋都包括操控電路。由此，分別形成用于有源橋式整流器的整流器模塊，所述整流器模塊具有兩個串聯(lián)在兩個末端端子之間的開關(guān)元件，中間抽頭(Mittelabgriff)被構(gòu)造在所述兩個開關(guān)元件之間。在整流器模塊的被建造的狀態(tài)下，所述兩個末端端子對應(yīng)于有源橋式整流器的直流電壓端子，所述中間抽頭對應(yīng)于交流電壓端子中的一個。在此，接下來的解釋涉及有源橋式整流器，所述有源橋式整流器由相對應(yīng)的整流器模塊構(gòu)建，使得在交流電壓端子方面的實施方案也可以涉及整流器模塊的末端端子并且在交流電壓端子方面的實施方案也可以涉及整流器模塊的中間抽頭。按照本發(fā)明，該操控電路包括監(jiān)控單元、同步單元和操控單元，而且被構(gòu)造為用于在甩負荷情況下保護車載電網(wǎng)的保護電路。
[0018]按照本發(fā)明，監(jiān)控單元被設(shè)立為:如果測量電壓超過上限閾值，那么檢測該測量電壓并且輸出請求信號。在此，該請求信號被輸出直到存在其它的條件或者持續(xù)預(yù)先給定的時間間隔，如下面進一步被解釋的那樣。即通過超過上限閾值被接上并且稍后又被關(guān)斷，但是不是就要通過緊接著的低于上限閾值又被關(guān)斷。
[0019]同步單元被設(shè)立為:只要事先所解釋的監(jiān)控單元輸出請求信號，就在可與同步線路相連的并且在相對應(yīng)的有源橋式整流器中采用整流器模塊的情況下與這種同步線路相連的同步端子上輸出同步信號，并且在其它情況下在同步信號方面監(jiān)控同步端子，所述同步信號在有源橋式整流器中采用整流器模塊的情況下必要時附在同步線路上，因為該同步信號由另一同步單元輸出。
[0020]在本發(fā)明的不同的實施形式中可以一直輸出請求信號，直到測量電壓低于下限閾值和/或直到最小時間過去和/或用于給整流器模塊或各個半橋的相對應(yīng)的操控電路供電的能量源不再可以再充電，如下面所解釋的那樣。在相對應(yīng)的有源橋式整流器中采用整流器模塊的情況下，測量電壓通過附在所述兩個直流電壓端子之間的輸出電壓構(gòu)成，并且在正的直流電壓端子上被測量。
[0021]最后，操控單元被設(shè)立為:如果監(jiān)控單元輸出請求信號和/或如果同步信號通過監(jiān)控單元基于對同步端子的監(jiān)控而被探測到并且其可選地被識別為有效的，那么至少暫時在操控時間間隔期間將兩個開關(guān)元件中的一個切換為導(dǎo)通的。該操控時間間隔可以對應(yīng)于如下整個時間間隔:在所述時間間隔期間，監(jiān)控單元輸出請求信號和/或在所述時間間隔期間同步信號通過監(jiān)控單元基于對同步端子的監(jiān)控而被探測到并且必要時被認為有效。然而該操控時間間隔有利地通過最大時間間隔被限制或被限制到最大時間間隔上，所述最大時間間隔要大于預(yù)先給定的為例如500ms的最小時間地被選擇。
[0022]如果由請求信號所引起的相短路被維持為例如500ms或者更長的最小時間，那么附在所述直流電壓端子之間的輸出電壓(例如在正的直流電壓端子B+上被測量)落到(einbrechen)為(近似)0V的值。因而必須從另一能量源、通常從電容器給半橋的操控電路的操控邏輯電路(例如ASIC)和功率開關(guān)(例如M0SFET)供電。這種電容器例如作為所謂的自舉電容(Bootstrap-