用于驱动机动车辆的电路布置结构和驱动布置结构

技术领域

本发明涉及电路布置结构，该电路布置结构包括逆变器、驱动电路和保护电路，其中，逆变器包括多个逆变器切换元件，每个逆变器切换元件具有驱动连接部。此外，本发明涉及用于驱动机动车辆的驱动布置结构。

背景技术

为了对机动车辆进行驱动，例如使用以经由逆变器提供的交流电运行的电机。逆变器可以用于将取自直流电源、例如车辆电池的直流电转换成用于使电机运行的交流电。为此，逆变器的切换元件可以由驱动电路控制。在机动车辆中以及在其他应用中，出于安全原因，期望的是，电机和/或逆变器在发生故障时能够实现安全状态，特别是以便避免电机处于不期望的运行状态。为此，已知使用了为监控逆变器和/或电机的功能而设置的计算装置，其中，各种安全功能在软件方面得以实现。然而，配备有安全功能的这种类型的计算装置成本高昂，并且在某些情况下限制了对于设计其他部件而言可获得的设计自由度。

发明内容

因此，本发明的目的是指定一种改进的电路布置结构，该电路布置结构特别地提供易于实施的保护功能。

为了实现该目的，在开头提及的类型的电路布置结构中，本发明提供的是，逆变器切换元件的至少一个驱动连接部经由保护电路的第一切换元件连接至驱动电路，其中，第一切换元件的驱动连接部与电路节点连接，该电路节点经由电阻器连接至第一电势并且经由第二切换元件连接至第二电势，其中，保护电路包括比较装置，比较装置的输入部连接至工作电压和参考电压并且比较装置的输出部连接至第二切换元件的驱动连接部，使得如果工作电压偏离参考电压，则第二切换元件被切换，并且作为所述切换的结果，第一切换元件由于被施加至电路节点的电势而断开。

驱动电路连接至逆变器，使得逆变器切换元件中的一个逆变器切换元件的至少一个驱动连接部经由第一切换元件连接至驱动电路。因此，驱动电路可以通过断开第一切换元件而与逆变器切换元件的驱动连接部分离，使得当第一切换元件于在工作电压与参考电压之间存在代表故障状况的偏差的情况下被断开时，驱动电路与逆变器电路之间的连接被中断。在故障的情况下，这避免了驱动电路对逆变器或逆变器切换元件的不期望的启用。特别地，即使在驱动电路中存在缺陷和/或在连接至驱动电路的控制装置中存在缺陷的情况下，也实现了逆变器和连接至逆变器的电机的安全状态。

比较装置对工作电压与参考电压进行比较，并且比较装置在工作电压偏离参考电压、特别是在工作电压超过参考电压时使第二切换元件切换，通过使用该比较装置，使得第一切换元件在第二切换元件的切换后由于施加到电路节点上的电势而断开，这有利地创建了能够易于实现的并且特别是仅通过模拟部件实现的保护电路。因此，可以有利地省去用于故障监控和/或基于软件的安全功能的复杂计算装置的使用。

电路节点经由电阻器连接至第一电势，其中，第一电势在第二切换元件断开时、即例如处于工作电压至少基本上对应于参考电压或者例如低于参考电压的状态下时也施加在电路节点上。通过电路节点的连接部而连接至至少一个第一切换元件的驱动连接部的该第一电势导致了例如第一切换元件在该状态下是闭合的，使得驱动电路与逆变器切换元件中的至少一个逆变器切换元件的至少一个驱动连接部之间发生连接，并且通过驱动电路可以操作逆变器的所有逆变器切换元件。

如果工作电压偏离参考电压、特别是如果工作电压超过参考电压，则第二切换元件例如通过比较装置而被切换成是导通的，使得在电路节点与第二电势之间建立连接，由于第二切换元件的闭合，第二电势由于在第一电势与电路节点之间切换的电阻也施加至电路节点处。由于电路节点与至少一个第一切换元件的驱动连接部的连接，第二电势然后也被施加至第一切换元件的驱动连接部处，其中，第二电势导致第一切换元件断开并且逆变器切换元件的至少一个驱动连接与驱动电路分离。在这种情况下，第一电势例如可以是正电势，并且第二电势可以是地电势。第一切换元件可以被设计为晶体管、特别是在正常情况下阻断的n沟道场效应晶体管。比较装置可以特别地设计成使得如果工作电压偏离参考电压，则在其输出部处特别地存在正电势，使得相应地可以切换使第二切换元件，该第二切换元件例如也设计为在正常情况下阻断的n沟道场效应晶体管。

根据本发明，可以提供的是，电路节点连接至第三切换元件的驱动连接部，其中，第三切换元件将第一电势连接至逆变器切换元件的驱动连接部。第三切换元件的驱动连接部与电路节点连接，并且因此经由电阻器与第一电势连接。第三切换元件的可切换路径例如漏极-源极路径通过一个连接部连接至第一电势、特别地直接连接至第一电势，并且通过第二连接部与逆变器的驱动连接部相连接。第三切换元件与至少一个逆变器切换元件的驱动连接部之间的连接使得该连接在第一切换元件断开之后不会中断；因此，第三切换元件在第一切换元件与逆变器的驱动连接部之间与逆变器的驱动连接部相连接。

第三切换元件的设置意味着，当第二切换元件通过闭合第三切换元件而被切换时，第一电势与逆变器切换元件的驱动连接部相连接，由此可以设定逆变器切换元件的限定的切换状态。这特别地独立于驱动电路发生，在这种情况下，驱动电路由于第一切换元件的断开而不再与逆变器切换元件的驱动连接部相连接。

在本发明的优选实施方式中，可以提供的是，将第一电势施加至逆变器切换元件的驱动连接部导致逆变器切换元件闭合。因此，在工作电压偏离参考电压的情况下，除了将逆变器切换元件的至少一个驱动连接部断开连接之外，还可以设置逆变器切换元件的限定状态、即导通状态。特别地，这允许由电机的连续运行而产生的电压在逆变器连接至电机的情况下以有针对性的方式放电。

在本发明的优选实施方式中，提供的是，逆变器包括多个半桥，其中，半桥中的每个半桥包括作为高侧开关的逆变器切换元件和作为低侧开关的逆变器切换元件，其中，低侧开关的驱动连接部各自经由第一切换元件连接至驱动电路，其中，第一切换元件的驱动连接部与电路节点相连接。特别地，逆变器可以是三相逆变器，并且可以包括三个半桥，其中，每个半桥包括高侧开关和低侧开关。经由相应的第一切换元件将所有三个低侧开关连接至驱动电路，使得在工作电压与参考电压之间出现偏差时可以将驱动电路与所有三个低侧开关分离。

此外，可以提供的是，可能存在的第三切换元件连接至若干个低侧开关、特别是所有的低侧开关的连接部，使得在低侧开关经由第三切换元件已经与驱动电路断开连接之后，可以设定低侧开关的限定状态、特别是低侧开关的闭合状态。传导式开关、特别是逆变器的所有低侧开关使得由连接至逆变器的电机的连续运行产生或引起的电压能够防止工作电压的任何进一步增加，并且因此不会对电路布置结构或连接至该电路布置结构的其他部件造成损坏。

在本发明的优选实施方式中，可以提供的是，比较装置是比较器。比较器使得非常易于确定工作电压是否偏离参考电压、特别是工作电压是否超过参考电压，其中，例如在工作电压超过参考电压的情况下，于比较器的输出部处存在高电势。在工作电压不超过参考电压的正常工作状态下，可以在比较器的输出部处施加低电压电势、例如地电势。这使得第二切换元件能够经由比较器的输出部进行切换，例如第二切换元件可以在工作电压偏离参考电压的情况下被切换成是导通的。此外，比较器可以被设计为模拟部件，使得能够在不使用计算装置和/或软件的情况下有利地实现保护功能。

根据本发明，可以提供的是，比较装置的输出部连接至驱动电路的关断连接部。驱动电路的关断连接部可以特别地设计成使得：当比较装置的输出部处的电势在工作电压偏离参考电压的情况下被施加至关断连接部时，驱动电路的功能被关断，即驱动电路不进一步启用逆变器或逆变器切换元件。驱动连接部有利地设计成使得：当高电势被施加到设计为比较器的比较装置的输出部时，或者当工作电压超过参考电压时，关断连接部被启用并且驱动电路因此被停用或关断。

根据本发明，可以提供的是，工作电压是连接至逆变器的DC电压侧的DC电压。借助于保护电路对该工作电压的监控确保了电路布置结构在该工作电压不期望地增加的情况下、例如由于已经发生的故障或类似情况下不会受到损坏。工作电压可以是12V与60V之间的DC电压、特别地是48V的DC电压。

对于根据本发明的用于驱动机动车辆的驱动布置结构，提供的是，该驱动布置结构包括电驱动机和根据本发明的电路布置结构，其中，电路布置结构的逆变器连接至电驱动机。特别地，电驱动机可以设计成使得机动车辆可以至少暂时地利用该电驱动机而移动。为此，逆变器可以例如连接至或者能够连接至直流电源比如电池，使得从电池汲取的直流电可以被逆变器汲取以操作电驱动机。

以上关于电路布置结构所描述的本发明的所有优点和构型相应地适用于根据本发明的驱动布置结构。

附图说明

下面参考附图利用示例性实施方式来说明本发明。附图为示意性图示，在附图中：

图1示出了根据本发明的驱动组件的示例性实施方式，以及

图2示出了根据本发明的电路布置结构的示例性实施方式。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于驱动机动车辆的驱动布置结构1的示例性实施方式。驱动布置结构1包括电驱动机2和电路布置结构3。电路布置结构3包括逆变器4、驱动电路5和保护电路6。在这种情况下，驱动电路5与保护电路6和逆变器4连接。

逆变器4可以经由驱动电路5来操作，使得逆变器4可以将例如由连接至逆变器4的DC电压源7比如电池提供的直流电转换成用于使电机2运行的交流电。驱动电路5可以又连接至控制单元8，该控制单元例如当驱动系统1在机动车辆中运行时接收为了电驱动机2而设定的操作点，并且该控制单元例如作为调节的一部分通过驱动电路5的以及因此逆变器4的相应启用来实现这些操作点。下面对电路布置结构3的结构进行更详细地解释。

图2示出了根据本发明的电路布置结构3的示例性实施方式。如可以观察到的，在该示例性实施方式中，逆变器4包括六个逆变器切换元件9，其中，在逆变器4的三个半桥12中的每一个半桥中，逆变器切换元件9中的三个逆变器切换元件各自形成高侧开关10，并且另外三个逆变器切换元件各自形成低侧开关11。半桥12的桥点连接至电机2的U相、V相和W相或者能够连接至电机的U相、V相和W相。逆变器4由DC电压U

逆变器切换元件9例如实施为具有绝缘栅极的双极晶体管(IGBT)或实施为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，每个逆变器切换元件包括例如实施为栅极连接部的驱动连接部13或14。高侧晶体管10的驱动连接部13直接与驱动电路5连接，而低侧晶体管11的驱动连接部14各自经由保护电路6的第一切换元件15而与驱动电路5连接。第一切换元件15的驱动连接部16与电路节点17连接。

保护电路6还包括被设计为模拟比较器的比较装置18。比较器的第一输入侧连接部19连接至工作电压U

电路节点17经由电阻器24连接至第一电势V

比较器18的输出部21连接至驱动电路5的关断连接部27。在工作电压U

在工作电压U

此外，存在于第二切换元件23的驱动连接部22处的电势V

电势V

在电路节点17与第一切换元件15的驱动连接部16之间连接有二极管28，以避免不期望的反馈。相应地，二极管29分别布置在驱动连接部14与第二切换元件26之间。二极管28和29例如可以设计为肖特基二极管。第一切换元件15、第二切换元件23和第三切换元件26也各自包括续流二极管。特别地，工作电压U

附图标记列表

1 驱动布置结构

2 驱动机

3 电路布置结构

4 逆变器

5 驱动电路

6 保护电路

7 DC电压源

8 控制装置

9 逆变器切换元件

10 高侧开关

11 低侧开关

12 半桥

13 驱动连接部

14 驱动连接部

15 第一切换元件

16 驱动连接部

17 电路节点

18 比较器

19 第一输入部

20 第二输入部

21 输出部

22 驱动连接部

23 第二切换元件

24 电阻器

25 驱动连接部

26 第三切换元件

27 关断连接部

28 二极管

29 二极管

30 分压器

31 分压器

V1 第一电势

V2 第二电势

U

U

U、V、W 相。