DE102015110799A1 - Gate-Ansteuerungs-Unterspannungsdetektion - Google Patents

Gate-Ansteuerungs-Unterspannungsdetektion Download PDF

Info

Publication number
DE102015110799A1
DE102015110799A1 DE102015110799.6A DE102015110799A DE102015110799A1 DE 102015110799 A1 DE102015110799 A1 DE 102015110799A1 DE 102015110799 A DE102015110799 A DE 102015110799A DE 102015110799 A1 DE102015110799 A1 DE 102015110799A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gate
voltage
inverter
gate drive
pwm signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102015110799.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Lihua Chen
Dong Cao
Yan Zhou
Craig Brian Rogers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Publication of DE102015110799A1 publication Critical patent/DE102015110799A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/1659—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 to indicate that the value is within or outside a predetermined range of values (window)
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/18—Modifications for indicating state of switch
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Gate-Ansteuerungsfehler werden für einen Wechselrichter detektiert, der einen Phasenschalter mit einem isolierten Gate, wie etwa einem IGBT, umfasst. Ein komplementäres Transistorpaar ist ausgelegt zum Empfangen einer Versorgungsspannung und eines impulsbreitenmodulierten Signals (PWM-Signal), um das isolierte Gate abwechselnd zu laden und zu entladen. Ein Vergleicher vergleicht die Spannung am isolierten Gate mit einer Referenzspannung, einen Gate-Ansteuerungsfehler darstellend, um ein erstes Logiksignal zu generieren. Ein Latch tastet das erste Logiksignal ab, wenn das PWM-Signal einen dem Laden des isolierten Gate entsprechenden Wert besitzt. Eine Logikschaltung blockiert das Laden des isolierten Gate, wenn das zwischengespeicherte Logiksignal den Gate-Ansteuerungsfehler anzeigt. Eine Spannung des isolierten Gate unter der Referenzspannung zeigt einen Unterspannungsfehler sowie andere Einrichtungsausfälle des IGBT oder der komplementären Transistoren an.

Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Wechselrichteransteuersysteme für elektrifizierte Fahrzeuge und insbesondere das Detektieren von Fehlern bezüglich der Schaltoperation von Phasenschaltern in einem Wechselrichter.
  • Elektrofahrzeuge, wie etwa Hybridelektrofahrzeuge (HEVs – Hybrid Electric Vehicles) und Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs – Plug-In Hybrid Electric Vehicles) verwenden durch einen Wechselrichter angesteuerte elektrische Maschinen, um Traktionsmoment und regeneratives Bremsmoment bereitzustellen. Ein typisches elektrisches Ansteuersystem enthält eine Gleichstromquelle (wie etwa ein Batteriepaket oder eine Brennstoffzelle), die durch Schaltschützschalter an einen variablen Spannungswandler (VVC – Variable Voltage Converter) gekoppelt ist, um eine Hauptbusspannung an einem Hauptvernetzungskondensator zu regeln. Ein erster Wechselrichter ist zwischen den Hauptbus und einen Traktionsmotor zum Antreiben des Fahrzeugs geschaltet. Ein zweiter Wechselrichter ist zwischen den Hauptbus und einen Generator zum Regenerieren von Energie während des Bremsens zum Wiederaufladen der Batterie durch den VVC geschaltet. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck elektrische Maschine entweder auf den Elektromotor oder den Generator.
  • Die Wechselrichter enthalten Transistorschalter (wie etwa Bipolartransistoren mit isoliertem Gate bzw. IGBTs), die in einer Brückenkonfiguration geschaltet sind. Ein elektronischer Controller schaltet die Schalter ein und aus, um eine Gleichspannung von dem Bus in eine an den Motor angelegte Wechselspannung zu invertieren oder eine Wechselspannung von dem Generator in eine Gleichspannung auf dem Bus zu invertieren. In jedem Fall werden die Wechselrichter als Reaktion auf verschiedene erfasste Bedingungen einschließlich der Drehposition der elektrischen Maschine gesteuert.
  • Der Wechselrichter für die Motorimpulsbreite moduliert die Zwischenkreis-Gleichspannung, um eine Approximation einer sinusförmigen Stromausgabe zu liefern, um den Motor mit einer gewünschten Drehzahl und einem gewünschten Drehmoment anzutreiben. An die Gates der IGBTs angelegte PWM-Steuersignale schalten sie ein und aus, wie dies notwendig ist, so dass der resultierende Strom einem gewünschten Strom entspricht. Die IGBTs und ihre Reverse-Recovery-Dioden besitzen assoziierte Schaltverluste, die minimiert werden müssen, um einen Verlust an Effizienz und die Erzeugung von Abwärme zu begrenzen.
  • Ein potentielles Gate-Ansteuerungsproblem betrifft das Anlegen einer inadäquaten Spannung an das Gate eines IGBT (d.h. ein Unterspannungsfehler). Falls die Gate-Ansteuerungsspannung unzureichend ist, um den IGBT, wenn er eingeschaltet ist, voll zu sättigen, nehmen der Spannungsabfall (vce) und der Widerstandswert am IGBT zu, was zu einem Leistungsverlust und übermäßiger Wärme führt.
  • Herkömmliche Systeme haben die Versorgungsspannung in einem Versuch überwacht, sicherzustellen, dass eine adäquate Spannung an die Phasenschalter angelegt wird, um Sättigung zu erreichen. Es kann wünschenswert sein, Unterspannungsfehler zusammen mit anderen Arten von Fehlern zu detektieren, ohne dass eine komplexe oder teure Schaltungsanordnung erforderlich ist.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Bei einem Aspekt der Erfindung werden Gate-Ansteuerungsfehler für einen Wechselrichter detektiert, der einen Phasenschalter mit einem isolierten Gate, wie etwa einem IGBT, umfasst. Ein komplementäres Transistorpaar ist ausgelegt zum Empfangen einer Versorgungsspannung und eines PWM-Signals, um das isolierte Gate abwechselnd zu laden und zu entladen. Ein Vergleicher vergleicht die Spannung am isolierten Gate mit einer Referenzspannung, einen Gate-Ansteuerungsfehler darstellend, um ein erstes Logiksignal zu generieren. Ein Latch tastet das erste Logiksignal ab, wenn das PWM-Signal einen dem Laden des isolierten Gate entsprechenden Wert besitzt. Eine Logikschaltung blockiert das Laden des isolierten Gate, wenn das zwischengespeicherte Logiksignal den Gate-Ansteuerungsfehler anzeigt. Eine Spannung des isolierten Gate unter der Referenzspannung zeigt einen Unterspannungsfehler sowie andere Einrichtungsausfälle des IGBT oder der komplementären Transistoren an.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein typisches Beispiel eines Hybridelektrofahrzeugs mit impulsbreitenmodulierten Wechselrichtern zeigt.
  • 2 ist eine herkömmliche Schaltungstopologie mit Unterspannungsdetektion.
  • 3 zeigt eine Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Detektieren von Gate-Ansteuerungsfehlern.
  • 4 zeigt eine Logikschaltung in größerem Detail.
  • 5 zeigt eine Schaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Detektieren von Gate-Ansteuerungsfehlern.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Unter Bezugnahme auf 1 enthält ein Elektrofahrzeug-Ansteuerungssystem 10 eine Gleichstromquelle 11 (wie etwa ein Batteriepaket oder eine Brennstoffzelle), die durch Schaltschützschalter 12 und 13 an einen Eingangskondensator 14 gekoppelt ist. Die Schaltschütze 12 und 13 sind bevorzugt mechanische Schalter mit einem offenen Zustand und einem geschlossenen Zustand zum selektiven Koppeln der Batterie 11 an den Eingangskondensator 14 gemäß einem Ansteuerungsmodus eines Ansteuerungssystems 10.
  • Ein variabler Spannungswandler (VVC) 15 koppelt den Eingangskondensator 14 an einen Hauptkondensator 16, der als ein Vernetzungskondensator für die Wandler 17 und 19 fungiert, als Beispiel. Jeder Wechselrichter enthält mehrere Schalteinrichtungen in einer Brückenkonfiguration. Die Schalter im Wechselrichter 17 werden auf gewünschte Weise geschaltet, um einen Motor 18 anzusteuern. Der Wechselrichter 19 wird geschaltet, um Energie von einem Generator 20 auf den Hauptkondensator 16 zu regenerieren.
  • Jede der Phasenschalteinrichtungen in den Wechselrichtern 17 und 19 besteht bevorzugt aus einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT). Jeder IGBT enthält bevorzugt eine antiparallele Diode. Ein erster Zweig 21 des Wechselrichters 17 enthält einen Phasenschalter 22, als Beispiel. Jeder IGBT besitzt einen jeweiligen Steueranschluss (d.h. Gate), der an einen Controller 23 gekoppelt ist, der die Schalter gemäß verschiedener Arbeitsmodi der Wechselrichter über ein PWM-Signal steuert, wie in der Technik bekannt ist.
  • 2 zeigt eine herkömmliche Gate-Ansteuerungsschaltung 25 für den IGBT 22 mit einer Unterspannungsdetektion (UV-Detektion), üblicherweise für die IGBT-Schaltsteuerung verwendet. Die Gate-Ansteuerungsschaltung 25 empfängt ein Impulsbreitenmodulationssignal (PWM-Signal) vom Hauptcontroller 23 und verstärkt das PWM-Signal durch komplementär gepaarte Transistoren 26 und 27, um das isolierte Gate 30 des IGBT 22 über einen Gate-Widerstand 31 abwechselnd zu laden und zu entladen, wodurch der IGBT 22 gemäß jeweiligen Lade- und Entladephasen des PWM-Signals ein- und ausgeschaltet wird. Die Gate-Ansteuerungsschaltung 25 enthält eine isolierte Stromversorgung, die aus einem Transformator 32 und Kondensatoren 33 und 34 besteht, die wie gezeigt geschaltet sind, um eine VCC-Leitung 35 und eine VEE-Leitung 36 bereitzustellen. Die Gate-Ansteuerungsspannung wird indirekt durch eine Überwachungsschaltung 37 überwacht, die die Versorgungsspannung auf der VCC-Leitung 35 mit einer Referenzspannung Vref in einem Vergleicher 38 vergleicht. Die Versorgungsspannung VCC ist an einen invertierenden Eingang des Vergleichers 38 gekoppelt, und Vref ist an einen nicht-invertierenden Eingang gekoppelt. Die Referenzspannung Vref ist bevorzugt auf einen Wert von etwa 10% unter dem Nennwert für die Versorgungsspannung eingestellt (ein typischer Nennwert beträgt 15 Volt). Immer wenn VCC unter Vref fällt, schaltet der Ausgang des Vergleichers 38 dann von einem logischen L-Pegel auf einen logischen H-Pegel. Eine Logikschaltung 39 empfängt das PWM-Signal und die Ausgabe des Vergleichers 38. Falls ein Gate-Ansteuerungs-UV-Fehler detektiert wird (d.h. VCC ist unter Vref), blockiert die Logikschaltung 39 dann das PWM-Signal, um den IGBT abzuschalten. Außerdem generiert die Logikschaltung 39 eine Fehlerausgabe, um den Systemcontroller über den UV-Fehler zu informieren.
  • Die in 2 gezeigte herkömmliche Überwachungsschaltung kann die Gate-Einschaltspannung des IGBT 22 nicht direkt überwachen. Unerwartete Spannungsabfälle zwischen der VCC-Leitung 35 und dem isolierten Gate 30 können immer noch einen UV-Fehler erzeugen, der undetektiert bleibt. Zudem können beliebige andere Gate-Ansteuerungsfehlfunktionen oder Ausfälle der Gate-Ansteuerungseinrichtungen wie etwa das komplementäre Transistorpaar 26/27, Widerstand 31 oder der IGBT 22 selbst, nicht detektiert werden. Beispielsweise könnte ein Isolationsfehler des Gate 30 die Gatekapazität Cge reduzieren und den Gate-Emitter-Widerstand Rge (3) reduzieren, was zu einer niedrigeren Konduktanz und einem höheren Vce(sat) für den IGBT 22 führt, was undetektiert bleibt.
  • Eine erste Ausführungsform der Erfindung zum dynamischen und direkten Detektieren der IGBT-Ein-Zustand-Gate-Spannung ist in 3 gezeigt. Die Gate-Ansteuerungsschaltung ist identisch mit 2. Eine verbesserte Überwachungsschaltung 40 enthält einen Vergleicher 41 mit einem nichtinvertierenden Eingang, der die Referenzspannung Vref empfängt, und einen direkt an das isolierte Gate 30 gekoppelten invertierenden Eingang. Die Referenzspannung Vref ist wieder auf etwa 90% des Ziel- oder Nennwerts für VCC eingestellt. Der Ausgang des Vergleichers 41 ist an einen zwischenspeichernden Eingang eines Flipflop-Latch 42 vom D-Typ gekoppelt. Ein Ausgang Q des Flipflop 42 ist an eine Logikschaltung 43 gekoppelt. Ein Trigger- oder Takteingang des Flipflop 42 ist geschaltet zum Empfangen des PWM-Signals vom Controller 23.
  • Ein Flipflop-Latch 42 ist so ausgelegt, dass er durch eine fallende Flanke des PWM-Signals ausgelöst wird. Somit wird der Logikpegelausgang des Vergleichers 41 (d.h. das Ergebnis des Vergleichs zwischen der Spannung des isolierten Gate und der Referenzspannung Vref) zu einem Zeitpunkt abgetastet und am Q-Ausgang gehalten, wenn sich der IGBT 22 immer noch im voll eingeschalteten Zustand befindet (da sich das Gate 30 in einem geladenen Zustand befindet, da es gerade durch den komplementären Transistor 26 während der Ladephase des PWM-Signals geladen worden ist). Unter der Annahme, dass die Versorgungspannung VCC ausreichend nahe an ihrem Nennpegel liegt und es keine weiteren Fehlfunktionen in der Ansteuerungsschaltung gibt (z.B. Leitungsfehler in den komplementären Transistoren 26 und 27 oder andere Einrichtungsausfälle der Transistoren 26 oder 27 oder des IGBT 22), wird die Gate-Spannung am Gate 30 dann bei der fallenden Flanke des PWM-Signals ausreichend hoch sein, um einen logischen L-Ausgang vom Vergleicher 41 sicherzustellen. Ansonsten wird ein logischer H-Pegel vom Vergleicher 41 zwischengespeichert. Welcher Logikpegel auch immer durch den Flipflop 42 zwischengespeichert wird, er wird an die Logikschaltung 43 als ein zwischengespeichertes Logiksignal geliefert, das die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Gate-Ansteuerungsfehlers anzeigt. Die Logikschaltung 43 blockiert das Laden des Gate 30 für den Fall, dass von dem Q-Ausgang des Flipflop 42 ein logischer H-Pegel empfangen wird.
  • 4 zeigt eine Ausführungsform der Logikschaltung 43 in größerem Detail. Ein AND-Gatter 44 ist so geschaltet, dass es als ein Übertragungsgatter für das PWM-Signal arbeitet. Das zwischengespeicherte Logiksignal von dem durch einen Flipflop zwischengespeicherten Ausgang Q wird an einen invertierenden Eingang des AND-Gatters 44 geliefert. Falls das zwischengespeicherte Logiksignal einen logischen L-Pegel besitzt (z.B. 0 Volt), wird das PWM-Signal durch das AND-Gatter 44 zur Ausgangsleitung 46 und dann zum komplementären Transistorpaar durchgelassen. Wenn das zwischengespeicherte Logiksignal einen logischen H-Pegel (z.B. 5 Volt) besitzt, blockiert das AND-Gatter 44, dass sich das PWM-Signal zum Ausgang 46 ausbreitet. Das zwischengespeicherte Logiksignal liefert auch ein Fehleranzeigesignal an den Hauptcontroller, um anzuzeigen, dass ein Ansteuerungsfehler detektiert worden ist und dass der entsprechende Phasenschalter deaktiviert worden ist. Wie in 3 gezeigt, kann der Controller 23 eine Verbindung zum CLR-Eingang des Flipflop 42 enthalten, so dass der Controller den Flipflop 42 immer dann zurücksetzen kann, wenn er eine Operation des IGBT-Phasenschalters 22 wiederherstellen muss (z.B., nachdem ein Fehler korrigiert oder anderweitig beseitigt worden ist).
  • 5 zeigt eine alternative Ausführungsform, wobei eine Überwachungsschaltung 50 modifiziert worden ist, das Zwischenspeichern des Flipflop auf der Basis des Zustands des IGBT auszulösen, anstatt das PWM-Signal zu verwenden. Der Vergleicher 41 und die Logikschaltung 43 arbeiten auf die gleiche Weise, wie in Verbindung mit 3 erörtert. In 5 wird die Kollektor-Emitter-Spannung VCE verwendet, um die Existenz des Ein-Zustands des IGBT 22 zu detektieren. Dementsprechend enthält die Überwachungsschaltung 50 einen zweiten Vergleicher 51, dessen nichtinvertierender Eingang an den Kollektoranschluss 52 des IGBT 22 gekoppelt ist und dessen invertierender Eingang an eine zweite Referenzspannung Vref2 gekoppelt ist. Während eines normalen Aus-zu-Ein-Übergangs des IGBT 22 fällt VCE von einer Gleichstrombusspannung (z.B. etwa 400 Volt) zur Ein-Zustands-Sättigungsspannung (z.B. etwa 1,5 Volt) ab. Die zweite Referenzspannung Vref2 ist bevorzugt auf einen Wert größer als die normalerweise erwartete Sättigungsspannung eingestellt (z.B. wird Vref2 auf etwa 5 Volt eingestellt). Somit wird, wenn der IGBT 22 einschaltet und die Kollektor-Emitter-Spannung unter Vref2 abfällt, der Ausgang des Flipflop 42 mit dem entsprechenden Logiksignal zwischengespeichert, das anzeigt, ob sich die Gate-Spannung auf einem adäquaten Pegel für das ordnungsgemäße Einschalten des IGBT 22 befindet.
  • Die obige Erfindung überwacht die tatsächliche Ein-Zustands-Gate-Spannung des IGBT direkt und dynamisch, um eine Unterspannungsfehlerdetektion bereitzustellen. Außerdem können andere Gate-Ansteuerungskomponentenausfälle detektiert werden. Deshalb können katastrophale Ansteuerungsausfälle und ein Effizienzverlust in Elektrofahrzeuganwendungen vermieden werden. Niedrige Kosten und eine niedrige Teilezahl werden dank der Erfindung erzielt, die die Spannung des isolierten Gate einmal pro Schaltereignis abtastet und das Ergebnis eines Vergleichs zwischen der Gate-Spannung und einer Referenzspannung zwischenspeichert. Die Abtastzeit erfolgt zu einem Zeitpunkt, wenn unter normalen Bedingungen erwartet würde, dass die Gate-Spannung einen Wert entsprechend einem vollständig eingeschalteten Phasenschalter besitzt (z.B. gemäß dem PWM-Signal oder als Reaktion auf die Kollektorspannung bestimmt).

Claims (13)

  1. Wechselrichter, der Folgendes umfasst: einen Phasenschalter mit einem isolierten Gate; ein komplementäres Transistorpaar, das ausgelegt ist zum Empfangen einer Versorgungsspannung und eines PWM-Signals, um das isolierte Gate abwechselnd zu laden und zu entladen; einen Vergleicher, der eine Spannung am isolierten Gate mit einer Referenzspannung vergleicht, einen Gate-Ansteuerungsfehler darstellend, um ein erstes Logiksignal zu generieren; einen Latch, der das erste Logiksignal abtastet, wenn das PWM-Signal einen dem Laden des isolierten Gate entsprechenden Wert besitzt; eine Logikschaltung, die das Laden des isolierten Gate blockiert, wenn das zwischengespeicherte Logiksignal den Gate-Ansteuerungsfehler anzeigt.
  2. Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei der Gate-Ansteuerungsfehler ein Unterspannungsfehler der Versorgungsspannung ist.
  3. Wechselrichter nach Anspruch 2, wobei die Referenzspannung konfiguriert ist zum Anzeigen des Unterspannungsfehlers immer dann, wenn die Versorgungsspannung unter 90% eines Zielwerts beträgt.
  4. Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei der Gate-Ansteuerungsfehler einen Isolationsfehler des isolierten Gate und einen Leitungsfehler des komplementären Transistorpaars beinhaltet.
  5. Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei der Latch durch eine fallende Flanke des PWM-Signals ausgelöst wird.
  6. Wechselrichter nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen zweiten Vergleicher zum Vergleichen einer Spannung an dem Phasenschalter mit einer zweiten Referenzspannung, einen Ein-Zustand des Phasenschalters anzeigend, wobei der Latch durch den zweiten Vergleicher ausgelöst wird, wenn der Ein-Zustand detektiert wird.
  7. Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei der Latch aus einem Flipflop vom D-Typ besteht.
  8. Verfahren zum Detektieren eines Gate-Ansteuerungsfehlers eines Phasenschalters mit isoliertem Gate in einem Wechselrichter eines elektrifizierten Fahrzeugs, das Folgendes umfasst: Koppeln eines PWM-Signals an ein komplementäres Transistorpaar, um das isolierte Gate des Phasenschalters während Lade- beziehungsweise Entladephasen des PWM-Signals abwechselnd zu laden und zu entladen; Vergleichen einer Spannung an dem isolierten Gate mit einer Referenzspannung, einen Gate-Ansteuerungsfehler darstellend, um ein erstes Logiksignal zu generieren; Zwischenspeichern des ersten Logiksignals einmal während der Ladephase des PWM-Signals; und Blockieren des Ladens des isolierten Gate, nachdem das zwischengespeicherte Logiksignal den Gate-Ansteuerungsfehler anzeigt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Gate-Ansteuerungsfehler ein Unterspannungsfehler der Versorgungsspannung ist und wobei die Referenzspannung konfiguriert ist zum Anzeigen des Unterspannungsfehlers immer dann, wenn die Versorgungsspannung unter 90% eines Zielwerts beträgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Gate-Ansteuerungsfehler einen Isolationsfehler des isolierten Gate und einen Leitungsfehler des komplementären Transistorpaars beinhaltet.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Zwischenspeicherschritt durch eine fallende Flanke des PWM-Signals ausgelöst wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin umfassend den folgenden Schritt: Vergleichen einer Spannung an dem Phasenschalter mit einer zweiten Referenzspannung, einen Ein-Zustand des Phasenschalters anzeigend; wobei der Zwischenspeicherschritt durch den zweiten Vergleicher ausgelöst wird, wenn der Ein-Zustand detektiert wird.
  13. Unterspannungsdetektor, der Folgendes umfasst: einen Wechselrichter-Phasenschalter mit einem isolierten Gate; ein Transistorpaar, das eine Versorgungsspannung verwendet, um das Gate zu laden und zu entladen; einen Vergleicher, der ein Logiksignal generiert, wenn eine Gate-Spannung unter einer Referenz liegt; einen Latch zum Abtasten des Logiksignals während des Ladens des Gate und eine Logikschaltung, die das Laden des Gate blockiert, wenn das zwischengespeicherte Logiksignal eine Unterspannung des Gate anzeigt.
DE102015110799.6A 2014-07-15 2015-07-03 Gate-Ansteuerungs-Unterspannungsdetektion Pending DE102015110799A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/331,438 US9322852B2 (en) 2014-07-15 2014-07-15 Gate drive under-voltage detection
US14/331,438 2014-07-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015110799A1 true DE102015110799A1 (de) 2016-01-21

Family

ID=55021904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015110799.6A Pending DE102015110799A1 (de) 2014-07-15 2015-07-03 Gate-Ansteuerungs-Unterspannungsdetektion

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9322852B2 (de)
CN (1) CN105281552B (de)
DE (1) DE102015110799A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019208983A1 (de) * 2019-06-19 2020-12-24 Robert Bosch Gmbh Speichervorrichtung zur Speicherung mindestens einer Information in einem bestimmten logischen Zustand

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9673809B1 (en) * 2016-03-24 2017-06-06 Nxp Usa, Inc. Replication of a drive signal across a galvanic isolation barrier
GB2549856B (en) * 2016-04-27 2020-01-01 Univ Bristol Voltage reference circuit, voltage detector and voltage detector system
US10071652B2 (en) * 2016-05-11 2018-09-11 Ford Global Technologies, Llc Dual mode IGBT gate drive to reduce switching loss
US11218418B2 (en) 2016-05-20 2022-01-04 Nutanix, Inc. Scalable leadership election in a multi-processing computing environment
CN108075630B (zh) * 2016-11-17 2019-07-26 立锜科技股份有限公司 功率开关控制电路及其开路侦测方法
DE102017214217A1 (de) 2017-08-15 2019-02-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Ansteuern mindestens eines Halbleiter-Schalters, insbesondere in einem Bauteil eines Kraftfahrzeugs
US10432186B2 (en) * 2017-11-14 2019-10-01 Ford Global Technologies, Llc Variable resistance power switch feedback
JP7372027B2 (ja) * 2018-03-08 2023-10-31 株式会社日立製作所 インバータ装置
JP7259430B2 (ja) * 2018-05-30 2023-04-18 富士電機株式会社 電圧駆動型半導体スイッチング素子のゲート駆動装置、該ゲート駆動装置を備える電力変換装置
US10756532B2 (en) 2018-07-13 2020-08-25 Kohler Co. Ground fault minimization
US10848053B2 (en) * 2018-07-13 2020-11-24 Kohler Co. Robust inverter topology
CN109302169B (zh) * 2018-08-23 2022-04-22 北京长峰天通科技有限公司 一种SiC MOSFET驱动保护电路及其保护方法
US11770447B2 (en) 2018-10-31 2023-09-26 Nutanix, Inc. Managing high-availability file servers
CN111190118B (zh) * 2018-11-15 2023-03-24 华润微电子（重庆）有限公司 电池管理系统及其开关模块栅极驱动电压的故障检测电路
EP3702793A1 (de) * 2019-03-01 2020-09-02 Mitsubishi Electric R & D Centre Europe B.V. Verfahren und vorrichtung zum überwachen des gate-signals eines leistungshalbleiters
EP3740041B1 (de) * 2019-05-15 2023-08-23 Goodrich Corporation Selektive einschaltstromsteuerung mit aktiver stromklemme und überwachung
EP3751714B1 (de) * 2019-06-11 2023-04-26 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Verfahren zum ansteuern einer umrichteranordnung
US11183835B2 (en) 2019-07-16 2021-11-23 Infineon Technologies Austria Ag Short circuit detection and protection for a gate driver circuit and methods of detecting the same using logic analysis
US11451227B2 (en) * 2020-04-30 2022-09-20 Eaton Intelligent Power Limited Control circuitry for power semiconductor switches using control signal feedback
DE102020211852A1 (de) * 2020-09-22 2022-03-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Gate-Treiberbaustein und Schaltungskonfiguration
CN112290926A (zh) * 2020-12-28 2021-01-29 杭州飞仕得科技有限公司 一种igbt驱动电路和igbt保护方法
WO2024069364A1 (en) * 2022-09-28 2024-04-04 Delphi Technologies Ip Limited Systems and methods for gate leakage detection for inverter for electric vehicle

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0190925B1 (de) 1985-02-08 1993-12-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Schutzschaltung für einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate
CA2172890C (en) 1995-06-06 2005-02-22 Harold R. Schnetzka Switch driver circuit
US5900683A (en) 1997-12-23 1999-05-04 Ford Global Technologies, Inc. Isolated gate driver for power switching device and method for carrying out same
US6275093B1 (en) 1998-02-25 2001-08-14 Intersil Corporation IGBT gate drive circuit with short circuit protection
JP4120329B2 (ja) 2002-09-19 2008-07-16 富士電機デバイステクノロジー株式会社 電圧駆動型半導体素子のゲート駆動装置
US6859087B2 (en) 2002-10-31 2005-02-22 International Rectifier Corporation Half-bridge high voltage gate driver providing protection of a transistor
JP4531500B2 (ja) * 2004-01-06 2010-08-25 三菱電機株式会社 半導体装置および半導体装置モジュール
US7777370B2 (en) 2007-05-03 2010-08-17 Honeywell International Inc. Integrated gate drive for use in control and protection of power modules
JP4538047B2 (ja) * 2007-12-25 2010-09-08 三菱電機株式会社 電力用素子の故障検出装置
JP2010200560A (ja) * 2009-02-27 2010-09-09 Daihatsu Motor Co Ltd ゲート駆動回路
JP5747445B2 (ja) 2009-05-13 2015-07-15 富士電機株式会社 ゲート駆動装置
CN103004092B (zh) 2011-05-11 2016-10-26 富士电机株式会社 绝缘栅开关元件的驱动电路
JP5721137B2 (ja) 2011-05-18 2015-05-20 国立大学法人九州工業大学 半導体装置の短絡保護装置
WO2013005443A1 (ja) 2011-07-07 2013-01-10 富士電機株式会社 ゲート駆動装置
CN102347603B (zh) * 2011-09-21 2014-09-17 深圳市英威腾电气股份有限公司 绝缘栅双极型晶体管驱动保护电路
CN102739211A (zh) * 2012-06-26 2012-10-17 中国科学院电工研究所 一种igbt驱动推挽电路

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019208983A1 (de) * 2019-06-19 2020-12-24 Robert Bosch Gmbh Speichervorrichtung zur Speicherung mindestens einer Information in einem bestimmten logischen Zustand

Also Published As

Publication number Publication date
US9322852B2 (en) 2016-04-26
US20160018446A1 (en) 2016-01-21
CN105281552A (zh) 2016-01-27
CN105281552B (zh) 2020-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015110799A1 (de) Gate-Ansteuerungs-Unterspannungsdetektion
DE102014114715B4 (de) Überwachungsvorrichtung für einen Leistungsversorgungsstrom
DE102012202412B4 (de) Elektrischer Kompressor
DE112017000286T5 (de) Leistungsumrichtvorrichtung
DE102006000144A1 (de) Fehldiagnosevorrichtung für ein Fahrzeug und Fehldiagnoseverfahren für ein Fahrzeug
DE102016103883A1 (de) Fehlererfassung in AC-Traktionsmotoren mithilfe einer Leckstromhardware für einen DC-Bus
DE102011083945A1 (de) Steuervorrichtung für Halbleiterschalter eines Wechselrichters und Verfahren zum Ansteuern eines Wechselrichters
DE102015205627A1 (de) Lastantriebsgerät
DE102012101508A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen Maschine
DE102014114716A1 (de) Überwachungsvorrichtung für einen Leistungsversorgungsstrom
DE102011089316A1 (de) Steuervorrichtung für Halbleiterschalter eines Wechselrichters und Verfahren zum Ansteuern eines Wechselrichters
WO2017186419A1 (de) Wechselrichteranordnung, elektrisches antriebssystem und verfahren zum entladen eines zwischenkreiskondensators in einer wechselrichteranordnung
DE102014223236A1 (de) Stromrichter und Verfahren zum Betreiben eines Stromrichters
DE102011076516A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Leistungsendstufe
DE112017000253T5 (de) Leistungsumwandlungsvorrichtung
DE102014202717B3 (de) System zur Kapazitätsbestimmung eines Zwischenkreiskondensators und Verfahren zum Ansteuern eines Wechselrichters
DE102012209276A1 (de) Steuervorrichtung für Halbleiterschalter eines Wechselrichters und Verfahren zum Ansteuern eines Wechselrichters
DE102021133298A1 (de) Ansteueranordnung und Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine
WO2010052167A1 (de) Umrichterschaltung mit überspannungsschutz
EP2648328B1 (de) Schutz eines Stromrichters mit Zwischenkreis vor Beschädigungen durch die Gegenspannung der angeschlossenen Synchronmaschine
DE10205963A1 (de) Verfahren und Ansteuersystem zum Ansteuern einer permanenterregten elektrischen Maschine
DE102022210343A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Unterbrechung eines Aufladevorgangs einer Energiequelle eines elektrischen Antriebs
DE102022126195A1 (de) Hochspannungsbetriebene festkörpersicherung mit batteriestromsteuerung
DE102022103848A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Wechselrichtereinrichtung einer Elektroantriebsvorrichtung, Steuereinheit, Elektroantriebsvorrichtung und Kraftfahrzeug
DE102017205477A1 (de) Diagnoseverfahren für einen Wechselrichter, Wechselrichteranordnung und elektrisches Antriebssystem

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed