用于对控制设备供应电压的启动电路、激励电路和方法

文档序号:1942951 发布日期:2021-12-07 浏览:19次 >En<

阅读说明:本技术 用于对控制设备供应电压的启动电路、激励电路和方法 (Starting circuit, excitation circuit and method for supplying voltage to control device ) 是由 F·亨巴赫 L·布格斯塔勒 A·沙图拉 于 2020-04-29 设计创作,主要内容包括:本发明涉及用于变流器的控制设备的电压供应。特别地,对于变流器的控制实现可靠且稳定的电压供应,所述电压供应实现稳定的运行,其中在通过逆变器本身进行自给自足的电压供应和通过外部来源进行冗余的电压供应之间可以进行切换。(The invention relates to a voltage supply for a control device of a converter. In particular, a reliable and stable voltage supply is achieved for the control of the converter, which enables stable operation, wherein switching can be performed between a self-sufficient voltage supply by the inverter itself and a redundant voltage supply by an external source.)

用于对控制设备供应电压的启动电路、激励电路和方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制设备的电压供应的启动电路,所述控制设备特别是用于电变流器的控制设备。本发明还涉及一种用于电变流器的激励电路以及一种用于对控制设备、尤其是用于对电变流器的控制设备供应电压的方法。

背景技术

电变流器、例如逆变器用于大量应用领域。例如,电变流器用于在电动车辆中从直流电压产生如下电压,所述电压激励电动车辆的电动马达。为此,必须有针对性地激励这种变流器的开关元件。为此的控制信号借助于控制设备产生并提供给相应的开关元件。

参考文献EP 1531543 A2公开一种用于从直流电网中对多股的、电可换向的通过脉宽调制控制的电动马达供电的方法。

为变流器的控制设备的电压供应可以设有或甚至需要冗余的电压产生装置。例如,一方面,电压供应可以直接经由具有控制电路的逆变器的部件来实现。此外,可以实现冗余的电压供应,例如借助于高压反激电路等来实现。

对于变流器的可靠运行,用于变流器的控制设备的安全的电压供应是期望的。

发明内容

本发明实现具有独立权利要求的特征的一种用于控制设备、尤其用于电变流器的控制设备的电压供应的启动电路,以及一种用于对控制设备供应电压的方法。其他有利的实施方式是从属权利要求的主题。

因此提出:

一种用于控制设备、尤其电变流器的控制设备的电压供应的启动电路。启动电路包括第一输入端子和第二输入端子。第一输入端子设计用于:与电能量源耦合。第二输入端子设计用于:与用于控制设备的电压供应的输出端子耦合。启动电路设计用于:在第一运行模式中从来自电能量源的在第一输入端子处提供的第一电压产生用于供应控制设备的电压。启动电路还设计用于:在控制设备处提供所产生的电压。尤其当在第二输入端子处的电压低于预设的第一阈值时,才进行第一电压的产生和在控制设备处的提供。此外,启动电路设计用于:在第二运行模式中在控制设备处提供在第二输入端子处提供的第二电压。尤其当在第二输入端子处的电压超过预设的第二阈值时,才在第二输入端子处提供第二电压。此外,启动电路设计用于:当在第一输入端子处的电压超过预设的第三阈值时,在第一运行模式或第二运行模式中输出用于激活控制设备的电压供应的控制信号。此外,启动电路设计用于:当第一输入端子处的电压低于预设的第三阈值时,在第三运行模式中输出用于停用控制设备的电压供应的控制信号。

还提出:

一种用于电变流器的激励电路,所述激励电路具有控制设备、电压供应电路和根据本发明的启动电路。控制设备设计用于:生成用于电变流器的激励信号并在变流器处提供。电压供应电路设计用于:提供用于对控制设备供应能量的电压。特别地,电压供应电路可以设计用于:利用来自变流器的电压提供用于对控制设备供应能量的电压。

最后提出:

一种用于对控制设备、尤其电变流器的控制设备供应电压的方法。该方法包括如下步骤:在第一运行模式下从来自电能量源的在第一输入端子处提供的第一电压产生用于供应控制设备的电压,并且当与控制设备的电压供应耦合的第二输入端子处的电压低于预设的第一阈值时,在控制设备处提供所产生的电压。该方法还包括如下步骤:当在第二输入端子处的电压超过预设的第二阈值时,在第二运行模式中在控制设备处提供在第二输入端子处施加的第二电压。此外,该方法包括如下步骤:当在第一输入端子处的电压超过预设的第三阈值时,在第一运行模式或第二运行模式中激活控制设备的电压供应,最后,该方法包括如下步骤:当第一输入端子处的电压低于预设的第三阈值时,在第三运行模式中停用控制设备的电压供应。

本发明的优点

本发明实现用于电变流器的控制设备的安全且可靠的电压供应。特别地,通过灵活地设置用于切换到第一或第二运行模式中的电压阈值,可以分别实现稳定的运行行为。例如,可以通过适当地设置阈值,防止由于较小的干扰或短期的电压变化而导致的在运行状态之间的频繁切换。此外,开关阈值的灵活配置也实现运行点的可靠配置,使得可以可靠地防止例如会导致过热等的危险的运行状态。

此外,根据预设的开关阈值通过状态切换在启动电路之内进行各个运行状态之间的切换。以此方式,启动电路独立于外部激励信号、尤其独立于外部组件的软件部件。

根据一个实施方式,第一开关阈值大于第二开关阈值,在低于所述第一开关阈值的情况下启动电路切换到第一运行模式中,在超过第二开关阈值的情况下启动电路切换到第二运行模式中。以该方式,可以通过两个开关阈值之间的差来定义迟滞。这种迟滞防止:由于较小的干扰或短期的输入电压变化而引起的在各个运行模式之间的提前切换。这实现稳定且可靠的运行。

根据一个实施方式,启动电路包括降压电路。降压电路设计用于:将第一输入端子的第一电压转换为具有预先确定的电压值的电压。转换的电压可以在控制设备处提供。特别地,转换的电压可以作为控制设备的电压供应提供。借助于这种降压电路或其他直流电压转换器,可以以该方式将任意的外部的直流电压转换为如下直流电压,所述直流电压在用于变流器的控制设备启动或预热期间可以确保变流器的电压供应。

根据一个实施方式,第一输入端子设计用于:与高压电池、尤其是电动车辆的高压电池耦合。以该方式,只要变流器本身还不能本身提供电压供应,就可以通过高压电池提供用于变流器的控制电路的电压供应。

在一个实施方式中,第二电压、即在控制设备的电压供应的输出端子处提供的电压从变流器的电压产生。例如,逆变器、特别是逆变器的控制设备为此可以包括电压供应电路。例如,电压供应电路可以是电回路、尤其集成电回路,所述电回路从逆变器中可用的电压产生用于对控制设备供应电压的合适的电压。

上述设计方案和改进形式只要合理可以任意彼此组合。本发明的其他的设计方案、改进形式和实施方案也包括本发明的之前或在下文中关于实施例描述的特征的未明确提及的组合。特别地,本领域技术人员还将单独方面作为对本发明的相应的基本形式的改进或补充来添加。

附图说明

下面根据附图解释本发明的其他的特征和优点。在此:

图1示出根据一个实施方式的、具有变流器和启动电路的电驱动系统的框图的示意图;

图2示出根据一个实施方式的启动电路所基于的状态图的示意图;

图3示出根据一个实施方式的启动电路所基于的原理电路图的示意图;和

图4示出根据一个实施方式的用于供应电压的方法所基于的流程图。

具体实施方式

图1示出根据一个实施方式的具有用于电变流器2的控制设备的电压供应的启动电路1的电驱动系统的框图。电驱动系统包括电机4、电压供应3、例如高压电池或另一直流电压源、逆变器2和启动电路1。直流电压源3为这一个逆变器2提供直流电压。所述直流电压由逆变器2转换成适合于根据外部额定值规定(此处未示出)激励电机4的交流电压。为此,逆变器2的多个开关元件、例如半导体开关元件可以借助相应的控制信号来激励。为了产生控制信号,逆变器2包括提供相应的控制信号的控制设备20。所述控制设备20需要合适的电压供应。在逆变器2运行期间,为此所需的电压供应可以通过在逆变器2中可用的电压本身来产生。例如,这种供应电压V_out可以在逆变器2内产生。例如,供应电压可以借助于合适的电回路、例如集成电回路、诸如控制IC等来产生。

在逆变器2运行期间,必要时存在运行状态、例如在系统启动期间,特别是逆变器和控制电路20的启动期间,其中所述控制IC还无法被独立地供应电压。在这种情况下,需要附加的外部电压供应。例如,可以借助于启动电路1来实现所述外部电压供应以及在内部和外部电压供应之间的切换。下面更详细地解释所述启动电路1的功能原理。

可以在启动电路1的第一输入端子11处提供外部电压供应、例如来自直流电压源3的电压供应。在逆变器2预热或启动期间,启动电路1可以从由直流电压源3提供的电压产生用于逆变器2、特别是控制电路20的所需的电压供应。在逆变器2可以维持独立的电压供应后,由逆变器2产生的电压V_out可以接管电压供应。为此,在启动电路1的第二输入端子12处提供由逆变器2产生的电压V_out。启动电路1将逆变器2的在第二输入端子12处提供的电压V_out与预设的阈值进行比较,并且利用所述阈值来控制逆变器2的、尤其用于逆变器2的控制设备20的电压供应V_IC。为此,可以将由逆变器2提供的电压V_out作为电压供应V_IC提供给逆变器,或者替选地启动电路可以在逆变器2处提供电压,所述电压从由直流电压源3在第一输入端子11处提供的直流电压产生。因此,启动电路1在逆变器2处提供电压供应V_IC,所述电压供应为逆变器2实现:对内部电压调节装置、例如控制IC供应电压,以便维持内部电压供应。

此外,启动电路1可以在逆变器处提供另一信号EN_IC,所述另一信号激活或停用逆变器2的内部的电压供应电路。例如,当启动电路1基于来自直流电压源3的电压或由逆变器2提供的电压V_out提供稳定的电压V_IC时,可以通过激活信号EN_IC激活内部电压供应。否则,如果没有提供稳定的电压来对在逆变器2中的电压供应电路进行电压供应,则控制信号EN_IC可以停用逆变器2中的电压供应电路。

图2示出根据一个实施方式的启动电路1的运行模式的状态图的示意图。在启动期间的第一运行模式I中,可以由直流电压源3在启动电路1处提供足够高的直流电压。然而,由于逆变器2本身尚未激活,由逆变器2提供的输出电压V_out低于预设的第一阈值SW1。在所述第一运行状态下,因此,启动电路1在逆变器2处利用由直流电压源3提供的直流电压生成电压V_IC,并在逆变器2处提供。例如,在用于电动车辆的电驱动系统的情况下,可以从高压电池3的电压生成大约13V大小的用于逆变器的电压V_IC。此外,逆变器2的电压供应电路通过相应地用信号通知激活信号EN_IC来激活。

在逆变器2的电压供应电路可以确保通过逆变器2内的电压进行稳定的电压供应并且随后在逆变器2处的输出电压V_out超过预设的第二阈值SW2后,启动电路1切换到第二运行模式II中。在所述第二运行模式II中,逆变器2内的电压供应电路通过启动电路1由逆变器2的输出电压V_out供应。此外,电压供应电路通过相应地用信号通知激活信号EN_IC来激活。在这种情况下,不再需要启动电路1利用来自直流电压源3的直流电压提供逆变器的电压供应。

为了在微小的干扰或电压波动的情况下防止第一和第二运行状态I或II之间的快速切换,可以将第二开关阈值SW2设置为高于第一开关阈值SW1。

如果由直流电压源3提供的直流电压、例如由电动车辆的高压电池提供的电压第一低于预设的第三阈值SW3,例如因为高压电池3已经与电驱动系统的其他部件分开,那么启动电路切换到第三运行状态、例如休眠状态下。在这种情况下,停用逆变器2的电压供应电路、例如控制IC。此外,必要时,由逆变器2提供的输出电压V_out可以作为电压供应在逆变器2、特别是逆变器2的控制电路处提供。

图3示出可以作为用于变流器的控制设备的电压供应的启动电路的基础的原理电路图的示意图。为了不过度展开说明,对于具体电路结构参见相应的图3,并且此外仅更详细地阐述一些相关的部件或电路组件。用于供应逆变器2的电压供应电路、例如用于适当的控制IC等的电压V_IC可以经由半导体开关TI和二极管D1从来自直流电压源3的直流电压V_in产生。在此,输出电压V_IC的大小可以在第一运行模式期间例如借助于R1来设置。替选地,在逆变器2的输出电压V_out的电压足够高的情况下经由二极管D4提供用于逆变器2的电压供应电路的电压V_IC。

在来自直流电压源3的电压V_in上升后,首先晶体管TI开始导通。此后,电阻R4处的电压立即开始上升。在此可以经由链R2-R3-R4和R5-R6-D2设置激活阈值。在超过激活阈值之后,T2开始导通,由此激活信号EN_IC被激活。在此,电压受二极管D3和T3的基极-发射极电压限制。在晶体管T3导通后,由于R4上的电压降,迟滞取消。同时激活支路T4-R9-R10-T5。

在关断时,直流电压源的电压V_in例如通过将高压电池与电驱动系统分开下降低于二极管D2的齐纳电压,进而T2的基极电流下降低于开关条件。因此,在低于T2的所需的基极电流后,电路返回初始状态。

在用于电动车辆的电驱动系统的情况下,直流电压源3可以例如包括电动车辆的高压电池进而例如大小为300至400V,必要时也更高,例如800V或更高。用于切换到第二运行状态II中的第一阈值SW1例如可以处于大约14V的大小。用于切换到第一运行状态中的第二阈值SW2例如可以处于大约13V的大小。此外,启动电路在第一运行状态中为逆变器2的电压供应而生成的电压也可以处于大约13伏的大小。当然,根据应用情况,其他阈值或电压大小也是可行的。

图4示出用于控制设备、尤其用于变流器的控制设备的电压供应的方法所基于的流程图的示意图。在步骤S1中,产生用于供应控制设备的电压V_IC。电压尤其可以从电能量源2的在第一输入端子11处提供的电压产生。可以在电变流器2的控制设备20处提供所产生的电压。特别地,当第二输入端子12处的电压低于预设的第一阈值SW1时,可以在第一运行模式中执行步骤S1。第二输入端子12可以与控制设备20的电压供应V_out耦合。

在第二运行模式中,可以在步骤S2中在控制设备20处提供施加在第二输入端子12处的第二电压V_out。特别地,当第二输入端子12处的电压V_out超过预设的第二阈值SW2时,在第二运行模式中提供第二电压V_out。在此,第二阈值SW2可以大于第一阈值SW1。特别地,第二阈值SW2和第一阈值SW1之间的差可以包括预设的迟滞。

此外,如果第一输入端子11处的电压V_in超过预设的第三阈值SW3,则在第一运行模式和第二运行模式中都可以激活控制设备20的电压供应。

在第三步骤S3中,如果第一输入端子11处的电压V_in低于预设的第三阈值SW3,则可以在第三运行模式中停用控制设备20的电压供应。

综上所述,本发明涉及用于变流器的控制设备的电压供应。特别地,对于变流器的控制实现可靠且稳定的电压供应,所述电压供应实现稳定的运行,其中在通过逆变器本身进行自给自足的电压供应和通过外部来源进行冗余的电压供应之间可以进行切换。

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