用于有源整流器在甩负荷情况下的过压保护的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有用于在甩负荷情况下防止过压的装置的有源桥式整流器、一种具有这样的桥式整流器的机动车车载电网、一种所属的运行方法和用于实施该运行方法的装置。
【背景技术】
[0002]为了从三相交流系统给直流系统供电，不同结构形式的整流器可以被采用。在机动车车载电网中，对应于在那儿通常被建造的(verbaut)三相交流发电机，常常使用六脉冲实施的桥式整流器。然而，本发明以相同的方式适合于针对其它的相数(例如针对五相发电机)的桥式整流器。
[0003]甩负荷(英语:Load Dump)是在桥式整流器的情况下的致命故障情况。如果在高励磁的发电机和相对应高的所发出的电流的情况下在发电机或与之相连的桥式整流器上的负荷(例如通过切断耗电器)突然减小并且这不能被在直流电网中的以电容方式起作用的元件(例如在机动车车载电网中的电池)截住，那么出现甩负荷。在这种情况下，在直至为大约300到500ms的持续时间的极端情况下，其它能量可能会通过发电机或与之相连的桥式整流器被提供到机动车车载电网中。在桥式整流器中，这必须能被截住，以便保护在机动车车载电网中的电部件免受过压损害。在无源桥式整流器的情况下，这一般通过在那儿被建造的整流器二极管实现，在所述整流器二极管中多余的能量可以被转化为热量。
[0004]诸如在DE 10 2009 046 955 A1中所解释的那样，然而在机动车中采用有源桥式整流器是值得想望的，还有其它因素，因为所述有源桥式整流器与无源的或不受控制的桥式整流器相反具有较小的损耗功率。目前可得到的用于这样的有源桥式整流器的可操控的(ansteuerbar)或有源的开关元件(例如M0S场效应晶体管)然而可能会不像二极管那样消除过压。因而在有源桥式整流器中，附加的保护策略是必需的。
[0005]例如，在甩负荷的情况下，发电机相可以通过将上面的或者下面的整流器支路的所有开关元件切换为导通的(Leitendschalten)而短时间地被短接，诸如在DE 198 35 316A1中所公开的并且在DE 10 2009 046 955 A1中所讨论的那样。这尤其是基于对附在有源桥式整流器的直流电压端子上的输出电压的分析而实现。如果该输出电压超过预先给定的上限阈值，那么引入相对应的短路，并且输出电压下降。如果该输出电压由此低于预先给定的下限阈值，那么所述短路又被结束(aufheben)。该输出电压重新上升。由此涉及典型的磁滞特性。因而，该输出电压在甩负荷的情况下基本上在上限阈值和下限阈值之间往复摆动，直到电压调节已经适配新的情形并且发电机的励磁场已经相对应地降低。
[0006]这里，问题可能在所谓的分散式构造的有源桥式整流器中出现，其中各个半桥分别具有独立的操控电路(Ansteuerschaltung)，所述操控电路分别单独地检测输出电压。因为在这种情况下一定的公差是不可避免的，所以在各个半桥中可发生不同的开关特性，如在下面所解释的那样。因此，有源桥式整流器中的各个开关元件可明显过载，这可导致相对应的开关元件的热损坏和停止运转。
[0007]因而存在对用于有源整流器在甩负荷情况下的改善的保护策略的需求。
【发明内容】
[0008]在该背景下，本发明建议了具有独立权利要求的特征的一种具有用于在甩负荷的情况下防止过压的装置的有源桥式整流器、一种具有这样的桥式整流器的机动车车载电网、一种所属的运行方法和用于实施该运行方法的装置。
[0009]发明优点
如所提及的那样，本发明涉及有源桥式整流器在甩负荷的情况下的运行。如所解释的那样，这样的运行可以包括:在超过上限阈值时，通过同时操控整流器支路的所有可操控的或有源的开关元件(并且由此同时将整流器支路的所有可操控的或有源的开关元件切换为导通的)，将发电机相或有源桥式整流器的与这些发电机相相对应的交流电压端子彼此导通地连接(短接)，并且在低于下限阈值时同时又结束相对应的短路。在所提及的分散式构造的有源桥式整流器(在所述有源桥式整流器中，各个半桥分别具有独立的操控电路，所述操控电路分别单独地检测附在有源桥式整流器的直流电压端子上的输出电压)中，也力求这样的运行，然而在现有技术中由于在开头所解释的在电压识别的情况下的公差和/或操控电路的连接在下游的(nachgeordnet)元件而并不总是实现这样的运行。而按照本发明的措施以特别有利的方式使得这样的运行成为可能。
[0010]由于所提及的公差可发生的是:所述阈值(例如由于在比较电路之间的偏差)而有不同的结果(ausfallen)。
[0011]如果下限阈值是不同的，则该情况被证明为是特别关键的。因为所有其它半桥的操控电路在具有有效地最低的下限阈值的操控电路之前又开始进行(aufnehmen)正常的运行，所以输出电压又上升。因而可发生的是，具有有效地最低的下限阈值的操控电路从不检测在所述有效地最低的下限阈值之下的输出电压。相对应地被操控的开关元件由此持久地保持被切换为导通的。
[0012]可能因此各个相开始进行正常的整流，而其它的相持久地保持短路。该特性导致得到的相电流的不对称，如在下面所解释的图3至5中所阐明的那样。由于此，整流器中的各个开关元件可明显过载，这可导致相对应的开关元件的热损坏。有源桥式整流器过早的停止运转或者对由甩负荷所引起的过压的不足够的限制由此是可能的。
[0013]如通常公知的那样，有源桥式整流器具有利用其相应的开关元件限定上面的和下面的或高压侧(Highside)和低压侧(Lowside)整流器支路的半桥。借助于被布置在上面的或高压侧整流器支路中的开关元件可以分别建立一个或多个交流电压端子与正的直流电压端子的连接，并且借助于被布置在下面的或低压侧整流器支路中的开关元件可以建立一个或多个交流电压端子与负的直流电压端子的连接。因此，每个半桥都具有两个串联在两个直流电压端子之间的并且可操控的开关元件，所述交流电压端子中的一个分别被连接在所述两个开关元件之间。
[0014]借助于交流电压端子，有源桥式整流器与相对应的数目的发电机相相连，直流电压端子供给直流电压车载电网。负的直流电压端子尤其是可以接地。在有源桥式整流器的进行整流的运行的情况下，输出电压附在直流电压端子上，所述输出电压可以与所连接的车载电网的车载电网电压相对应。易于理解的是，相对应的有源桥式整流器也可以逆变式地运行，例如在混合动力车辆中用于电动机的换向。这样的运行阶段在这里不被考虑。然而易于理解的是，如果在本申请的范围内谈到发电机，在这种情况下也可涉及不仅可发电机式地而且可电动机式地运行的电机。相对应的情况也适用于在相对应的用于换向的运行阶段中也可以是可逆变式地运行的有源整流器。
[0015]如事先所提及的那样，本发明在此涉及所谓的分散式桥式整流器，其中每个半桥都包括被设立为检测附在两个直流电压端子之间的输出电压的操控电路。此外，该操控电路还被设立为:在输出电压事先已经超过上限阈值之后，通过利用第一操控信号的操控而将相应半桥的两个开关元件的第一开关元件切换为导通的，直到输出电压低于下限阈值，并且在该输出电压事先已经低于下限阈值之后，通过利用第二操控信号的操控而时控地(getaktet)地操控相应半桥的两个开关元件的第一开关元件，直到该输出电压超过上限阈值。
[0016]第一开关元件是被设置用于引入或结束相对应的相短路的开关元件。相应其它的开关元件在本申请的范围内被称为第二开关元件。本发明随后主要参考利用第一操控信号而对在下面的或低压侧整流器支路中的第一开关元件的操控而被描述，然而可以以相同的方式针对在上面的或高压侧整流器支路中的相对应的第一开关元件的操控而被采用。
[0017]由此，如果甩负荷被识别出，那么所述第一操控信号投入使用。该识别通过在操控电路中的阈值比较而实现。第一操控信号优选的是持续信号，只要附有相对应的第一操控信号，所述持续信号就引起第一开关元件持久地被置于导通的状态，即在分别与所述半桥连接的交流电压端子和两个直流电压端子之一之间建立导通的连接。
[0018]第二操控信号尤其是被用于在正常的整流器运行中操控相对应的桥式整流器的操控信号。该操控信号因此通过脉冲宽度调制而被时控。也可以可选地由上级控制单元提供，其中相应的操控电路被设立为将由所述上级控制单元提供的操控信号转交给相应的第一开关元件。
[0019]按照本发明，每个