DE102010046427A1 - Power transmission device for use in driver circuit of transistor circuit for controlling e.g. synchronous machine in electric vehicle, has common secondary coil assigned to driver circuits of low side transistors - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leistungsübertragung in Treiberschaltungen einer Transistorschaltung.The invention relates to a method and a device for power transmission in driver circuits of a transistor circuit.
Transistorschaltungen, insbesondere Brückenschaltungen, werden u. a. zur Ansteuerung von elektrischen Maschinen verwendet. Im Kraftfahrzeugbereich können derartige Transistorschaltungen beispielsweise zur Ansteuerung von Synchron- oder Asynchronmaschinen verwendet werden, die zur Erzeugung von mechanischer Antriebsenergie dienen, insbesondere in so genannten Elektro- oder Hybridfahrzeugen.Transistor circuits, in particular bridge circuits, u. a. used to control electrical machines. In the automotive sector, such transistor circuits can be used for example for controlling synchronous or asynchronous machines, which serve to generate mechanical drive energy, in particular in so-called electric or hybrid vehicles.
In derartigen Transistorschaltungen werden Leistungstransistoren verwendet, beispielsweise so genannte IGBT oder MOSFET. Ein dynamisches Verhalten der Transistoren wird hierbei über einen Steuereingang der Transistoren, der auch als Gate-Anschluss bezeichnet werden kann, gesteuert. Die Erzeugung eines Steuersignals erfolgt hierbei mittels so genannter Treiberschaltungen. Diese Treiberschaltungen erzeugen in Abhängigkeit eines, z. B. von einem Mikrocontroller erzeugten Eingangssignals, ein Steuersignal für den Transistor. Zur Erzeugung des Steuersignals ist hierbei eine Leistungsübertragung in die Treiberschaltung notwendig, insbesondere zur Erzeugung einer Versorgungsspannung der Treiberschaltung, wobei in Abhängigkeit dieser Versorgungsspannung und des Eingangssignals der Treiberschaltung dann das Steuersignal für den Transistor erzeugt wird.In such transistor circuits power transistors are used, for example, so-called IGBT or MOSFET. A dynamic behavior of the transistors is in this case controlled via a control input of the transistors, which can also be referred to as a gate terminal. The generation of a control signal takes place here by means of so-called driver circuits. These driver circuits generate depending on a, z. B. generated by a microcontroller input signal, a control signal for the transistor. To generate the control signal in this case a power transmission in the driver circuit is necessary, in particular for generating a supply voltage of the driver circuit, in response to this supply voltage and the input signal of the driver circuit then the control signal for the transistor is generated.
Um Schädigungen an elektrischen Bauteilen vorzubeugen, können für derartige Treiberschaltungen zwei Arten von Potentialtrennung vorgenommen werden. Zum einen ist eine Potentialtrennung bei der Leistungsübertragung notwendig, zum zweiten kann eine Potentialtrennung auch bei der Übertragung des Eingangssignals der Treiberschaltung erforderlich oder gewünscht sein. Hierzu werden im Falle der Leistungsübertragung potentialtrennende Wandler, insbesondere Transformatoren, eingesetzt. Im Falle der Übertragung des Eingangssignals der Treiberschaltung werden ebenfalls Wandler, insbesondere ebenfalls Transformatoren oder Optokoppler, eingesetzt. Somit wird die Treiberschaltung einerseits galvanisch vom Bordnetz getrennt, welches die Leistung zur Erzeugung des Steuersignals der Transistoren zur Verfügung stellt. Weiter wird die Treiberschaltung galvanisch von einer Schaltung zur Erzeugung des Eingangssignals, beispielsweise einem Mikrocontroller, getrennt. Dies führt zu einer größeren Schaltungssicherheit.To prevent damage to electrical components, two types of potential separation can be made for such driver circuits. On the one hand a potential separation in the power transmission is necessary, on the other hand, a potential separation may also be required or desired in the transmission of the input signal of the driver circuit. For this purpose, in the case of power transmission potential-separating converter, in particular transformers used. In the case of transmission of the input signal of the driver circuit also converters, in particular also transformers or optocouplers, are used. Thus, the driver circuit is on the one hand electrically isolated from the electrical system, which provides the power for generating the control signal of the transistors available. Furthermore, the driver circuit is galvanically separated from a circuit for generating the input signal, for example a microcontroller. This leads to greater circuit safety.
Bekannt ist, dass jeder Treiberschaltung eines jeden Transistors ein individueller Wandler zur Leistungsübertragung, insbesondere ein individueller Transformator, zugeordnet ist. Im Falle einer so genannten H-Brücke werden somit vier Transformatoren für die Leistungsübertragung in die Treiberschaltungen der vier Transistoren benötigt.It is known that each driver circuit of each transistor is associated with an individual converter for power transmission, in particular an individual transformer. In the case of a so-called H-bridge thus four transformers for the power transmission in the driver circuits of the four transistors are needed.
Die
Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leistungsübertragung in Treiberschaltungen einer Transistorschaltung, insbesondere von Brückenschaltungen, zu schaffen, welche weniger Schaltelemente und somit weniger Bauraum und Herstellungskosten erfordert.The technical problem arises of providing a method and a device for power transmission in driver circuits of a transistor circuit, in particular of bridge circuits, which requires fewer switching elements and thus less installation space and manufacturing costs.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Gegenständen mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the technical problem results from the objects having the features of
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Leistungsübertragung in Treiberschaltungen einer Transistorschaltung. Die Transistorschaltung kann hierbei eine Brückenschaltung, insbesondere eine so genannte H-Brücke oder B6-Brücke, sein. Die Treiberschaltungen dienen zur Erzeugung eines Steuersignals für einen Steueranschluss des Transistors. Die Transistoren können beispielsweise IGBT- oder MOSFET-Transistoren sein. Hierbei ist das so genannte Gate oder der Gate-Anschluss der Steueranschluss. Abhängig von einem Steuersignal, insbesondere einer Steuerspannung (Gate-Spannung), wird der Transistor leitend oder sperrend geschaltet. Die Steuerspannung wird hierbei auf ein Bezugspotential des Transistors bezogen, insbesondere ein Potential eines Source-Anschlusses eines MOSFET-Transistors oder eines Emitter-Anschlusses eines IGBT-Transistors.A device for power transmission is proposed in driver circuits of a transistor circuit. The transistor circuit may in this case be a bridge circuit, in particular a so-called H-bridge or B6-bridge. The driver circuits serve to generate a control signal for a control terminal of the transistor. The transistors may be, for example, IGBT or MOSFET transistors. Here, the so-called gate or the gate terminal is the control terminal. Depending on a control signal, in particular a control voltage (gate voltage), the transistor is turned on or off. The control voltage is in this case based on a reference potential of the transistor, in particular a potential of a source terminal of a MOSFET transistor or an emitter terminal of an IGBT transistor.
Durch eine geeignete Steuerung von Transistoren einer Brückenschaltung können somit in vorteilhafter Weise zeitliche Verläufe einer oder mehrerer Strangspannungen einer elektrischen Maschine erzeugt werden, wobei die Stränge zwischen den einzelnen Halbbrücken des Brückenschaltung angeordnet sind.By a suitable control of transistors of a bridge circuit can thus advantageously temporal courses of one or more phase voltages of an electrical machine are generated, wherein the strands are arranged between the individual half-bridges of the bridge circuit.
Die Transistorschaltung umfasst mindestens eine erste Halbbrücke. Die erste Halbbrücke umfasst einen so genannten High-Side-Transistor und einen so genannten Low-Side-Transistor. Zwischen dem High-Side-Transistor und dem Low-Side-Transistor ist hierbei ein Mittelpunkt der Halbbrücke angeordnet. An diesen Mittelpunkt kann z. B. ein Strang einer elektrischen Maschine angeschlossen werden. Der High-Side-Transistor ist hierbei zwischen einem Versorgungspotential (der Brückenschaltung beispielsweise einer Batterieausgangsspannung einer Traktionsbatterie, und dem Mittelpunkt angeordnet. Der Low-Side-Transistor ist hierbei zwischen dem Mittelpunkt und einem Massepotential, welches z. B. Null Volt Batteriespannung entspricht, angeordnet.The transistor circuit comprises at least a first half-bridge. The first half-bridge comprises a so-called high-side transistor and a so-called low-side transistor. Between the high-side transistor and the low-side transistor in this case a center of the half-bridge is arranged. At this midpoint z. B. a strand of an electrical machine can be connected. In this case, the high-side transistor is arranged between a supply potential (the bridge circuit of, for example, a battery output voltage of a traction battery and the center point.) The low-side transistor is in this case between the center point and a ground potential, which corresponds, for example, to zero volt battery voltage. arranged.
Steuereingänge, insbesondere Gate-Anschlüsse, der Transistoren sind jeweils mit einer Treiberschaltung verbunden. Mittels der Treiberschaltungen sind hierbei Steuersignale für die einzelnen Transistoren erzeugbar. Insbesondere kann im Falle eines MOSFET eine so genannte Gate-Source-Spannung mittels des Steuersignals eingestellt werden. In Abhängigkeit der Gate-Source-Spannung leitet oder sperrt der MOSFET. Analog kann mittels des Steuersignals auch eine Gate-Emitter-Spannung eingestellt werden, wobei ein IGBT in Abhängigkeit der Gate-Emitter-Spannung sperrt oder leitet.Control inputs, in particular gate terminals, of the transistors are each connected to a driver circuit. Control signals for the individual transistors can be generated by means of the driver circuits. In particular, in the case of a MOSFET, a so-called gate-source voltage can be adjusted by means of the control signal. Depending on the gate-source voltage, the MOSFET conducts or blocks. Similarly, by means of the control signal, a gate-emitter voltage can also be set, wherein an IGBT blocks or conducts as a function of the gate-emitter voltage.
Mittels mindestens einem Transformator ist elektrische Leistung zur Leistungsversorgung der Treiberschaltungen von einer Primärseite auf eine Sekundärseite übertragbar. Der Transformator stellt hierbei ein Element zur galvanischen Trennung, also zur Potentialtrennung von Primär- und Sekundärseite, dar. Ist die Primärseite des Transformators z. B. an ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs angeschlossen, so ist die Treiberschaltung galvanisch vom Bordnetz getrennt, falls die Treiberschaltung sekundärseitig angeordnet ist. Mittels des Transformators kann somit induktiv Leistung von der Primärseite auf die Sekundärseite übertragen werden. Insbesondere kann eine Wechselspannung mit vorbestimmter Frequenz und vorbestimmter Amplitude übertragen werden. Hierbei kann sekundärseitig aus der übertragenden Wechselspannung eine Versorgungsspannung der Treiberschaltung mit vorbestimmtem Spannungsniveau, beispielsweise +/– 15 V, erzeugt werden. Die Treiberschaltung kann dann in Abhängigkeit eines Eingangssignals der Treiberschaltung und in Abhängigkeit der Versorgungsspannung das Steuersignal erzeugen.By means of at least one transformer, electrical power for powering the driver circuits from a primary side to a secondary side is transferable. The transformer is in this case an element for galvanic isolation, ie for the potential separation of the primary and secondary side, is. If the primary side of the transformer z. B. connected to an electrical system of a motor vehicle, the driver circuit is electrically isolated from the electrical system, if the driver circuit is arranged on the secondary side. By means of the transformer can thus be transmitted inductively power from the primary side to the secondary side. In particular, an alternating voltage having a predetermined frequency and a predetermined amplitude can be transmitted. In this case, a supply voltage of the driver circuit with a predetermined voltage level, for example +/- 15 V, can be generated on the secondary side from the transmitting AC voltage. The driver circuit can then generate the control signal as a function of an input signal of the driver circuit and as a function of the supply voltage.
Erfindungsgemäß umfasst die Transistorschaltung mindestens eine weitere Halbbrücke, wobei die mindestens eine weitere Halbbrücke einen High-Side-Transistor und einen Low-Side-Transistor der weiteren Halbbrücke umfasst.According to the invention, the transistor circuit comprises at least one further half-bridge, wherein the at least one further half-bridge comprises a high-side transistor and a low-side transistor of the further half-bridge.
Jeder Treiberschaltung der High-Side-Transistoren ist jeweils eine individuelle Sekundärspule eines Transformators zugeordnet. Jeder Treiberschaltung der High-Side-Transistoren kann jeweils ein Transformator zugeordnet sein, wobei jeder Treiberschaltung dann die Sekundärspule einer dieser Transformatoren zugeordnet ist. Auch kann allen Treiberschaltungen der High-Side-Transistoren ein gemeinsamer Transformator mit mehreren Sekundärspulen zugeordnet sein, wobei jeder Treiberschaltung dann eine dieser Sekundärspulen zugeordnet ist. Weiter ist allen Treiberschaltungen der Low-Side-Transistoren eine gemeinsame Sekundärspule des gemeinsamen Transformators oder eines weiteren Transformators zugeordnet. Allen Treiberschaltungen aller Low-Side-Transistoren ist somit eine gemeinsame Sekundärspule zugeordnet, die dem gemeinsamen Transformator (aller Treiberschaltungen der High-Side-Transistoren) oder einem weiteren, ausschließlich allen Treiberschaltungen aller Low-Side-Transistoren zugeordneten, Transformator zugeordnet ist.Each driver circuit of the high-side transistors is associated with an individual secondary coil of a transformer. Each driver circuit of the high-side transistors may each be associated with a transformer, wherein each driver circuit is then associated with the secondary coil of one of these transformers. Also, all driver circuits of the high-side transistors may be associated with a common transformer having a plurality of secondary coils, wherein each driver circuit is then associated with one of these secondary coils. Furthermore, all drive circuits of the low-side transistors are assigned a common secondary coil of the common transformer or of a further transformer. All drive circuits of all low-side transistors are thus assigned a common secondary coil, which is assigned to the common transformer (all driver circuits of the high-side transistors) or to a further, exclusively all drive circuits of all low-side transistors associated transformer.
In der Transistorschaltung sind alle Low-Side-Transistoren masseseitig verbunden. Sind die Low-Side-Transistoren als MOSFET ausgebildet, so weisen alle Source-Anschlüsse der Transistoren das gleiche Potential auf. Sind die Low-Side-Transistoren als IGBT ausgebildet, so weisen alle Emitter-Anschlüsse das gleiche Potential auf. Hierbei wird ausgenutzt, dass ein Steuersignal der High-Side-Transistoren (Gate-Source-Spannung, Gate-Emitter-Spannung) sich auf unterschiedliche Bezugspotentiale bezieht, insbesondere auf unterschiedliche Source-Potentiale bzw. Emitter-Potentiale. Da alle Source-Anschlüsse bzw. Emitter-Anschlüsse der Low-Side-Transistoren elektrisch leitend verbunden sind bzw. dasselbe Potential aufweisen, beziehen sich Steuerspannungen (Gate-Source-Spannungen, Gate-Emitter-Spannungen) der Low-Side-Transistoren auch auf das gleiche Bezugspotential, insbesondere das einheitliche Potential der Source- bzw. Emitter-Anschlüsse.In the transistor circuit, all low-side transistors are connected on the ground side. If the low-side transistors are designed as MOSFETs, all the source terminals of the transistors have the same potential. If the low-side transistors are designed as IGBTs, all emitter connections have the same potential. In this case, use is made of the fact that a control signal of the high-side transistors (gate-source voltage, gate-emitter voltage) relates to different reference potentials, in particular to different source potentials or emitter potentials. Since all source terminals or emitter terminals of the low-side transistors are electrically conductively connected or have the same potential, control voltages (gate-source voltages, gate-emitter voltages) of the low-side transistors also relate to the same reference potential, in particular the uniform potential of the source and emitter terminals.
Da die Steuersignale (Steuerspannungen) der Transistoren sich jeweils auf ein Bezugspotential der Transistoren (Potential des Source- bzw. Emitter-Anschlusses) beziehen, muss sich auch die Versorgungsspannung der Treiberschaltungen auf diese Bezugsspannungen beziehen. Insbesondere muss die Versorgungsspannung eine vorbestimmte Spannungsdifferenz, beispielsweise +/– 15 V, gegenüber der Bezugsspannung aufweisen, damit die Treiberschaltung ein Steuersignal, welches sich ebenfalls auf die Bezugsspannung bezieht, derart einstellen kann, dass der jeweilige Transistor leitet (Steuerspannung z. B. +15 V) oder sperrt (Steuerspannung z. B. –15 V).Since the control signals (control voltages) of the transistors each relate to a reference potential of the transistors (potential of the source or emitter terminal), the supply voltage of the driver circuits must also refer to these reference voltages. In particular, the supply voltage must have a predetermined voltage difference, for example ± 15 V, with respect to the reference voltage so that the driver circuit can set a control signal, which likewise relates to the reference voltage, such that the respective transistor conducts ( Control voltage z. +15 V) or blocks (control voltage eg -15 V).
Da alle Low-Side-Transistoren das gleiche Bezugspotential aufweisen, kann eine bezüglich dieses Bezugspotentials relative Versorgungsspannung mittels einer gemeinsamen Sekundärspule für alle Low-Side-Transistoren erzeugt werden. Somit wird jede Treiberschaltung der Low-Side-Transistoren mittels einer gemeinsamen Sekundärspule mit einer Versorgungsspannung einer vorbestimmten Höhe versorgt.Since all low-side transistors have the same reference potential, relative to this reference potential supply voltage can be generated by means of a common secondary coil for all low-side transistors. Thus, each driver circuit of the low-side transistors is supplied by means of a common secondary coil with a supply voltage of a predetermined height.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass zumindest ein Transformatorkern und eine Primärwicklung eines Low-Side-Transistors eingespart werden kann, wobei zur Leistungsübertragung in Treiberschaltungen einer Transistorschaltung weniger Schalt- oder Bauelemente notwendig sind. Die Leistungsübertragung kann somit platzsparender und weniger kostenintensiv realisiert werden.This results in an advantageous manner that at least one transformer core and a primary winding of a low-side transistor can be saved, with less switching or components are necessary for power transmission in driver circuits of a transistor circuit. The power transmission can thus be realized space-saving and less expensive.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Mehrzahl von Transformatoren auf. Jeder Treiberschaltung der High-Side-Transistoren ist jeweils ein Transformator zugeordnet. Jeder Transformator weist hierbei eine Primärwicklung, einen Transformatorkern und eine Sekundärwicklung auf. Weiter ist allen Treiberschaltungen der Low-Side-Transistoren ein gemeinsamer Transformator zugeordnet. Hierbei weist der gemeinsame Transformator eine Primärwicklung, einen Transformatorkern und die gemeinsame Sekundärspule auf. Insgesamt kann somit also ein Transformator für eine Treiberschaltung eines Low-Side-Transistors eingespart werden. Wie vorhergehend angeführt ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Bauraum- und Kostenreduktion.In a further embodiment, the device has a plurality of transformers. Each driver circuit of the high-side transistors is assigned a respective transformer. Each transformer has a primary winding, a transformer core and a secondary winding. Furthermore, all driver circuits of the low-side transistors are assigned a common transformer. Here, the common transformer on a primary winding, a transformer core and the common secondary coil. Overall, therefore, therefore, a transformer for a driver circuit of a low-side transistor can be saved. As stated above results in an advantageous manner, a space and cost reduction.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung nur einen einzigen Transformator. Hierbei weist der Transformator primärseitig eine Primärwicklung auf. Weiter weist der Transformator sekundärseitig eine Mehrzahl von Sekundärwicklungen auf. Der Transformator weist außerdem einen einzigen Transformatorkern auf. Sekundärseitig weist der Transformator pro High-Side-Transistor jeweils eine Sekundärspule auf. Weiter weist der Transformator sekundärseitig für alle, Low-Side-Transistoren eine gemeinsame Sekundärspule auf. Hierdurch können alle Treiberschaltungen mittels eines einzigen Transformators mit Energie bzw. Leistung versorgt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine weitere Bauraum- und Kostenreduktion.In an alternative embodiment, the device comprises only a single transformer. In this case, the transformer has a primary winding on the primary side. Next, the transformer on the secondary side a plurality of secondary windings. The transformer also has a single transformer core. On the secondary side, the transformer has one secondary coil per high-side transistor. Furthermore, the transformer on the secondary side for all, low-side transistors on a common secondary coil. As a result, all driver circuits can be supplied with energy or power by means of a single transformer. This results in an advantageous manner, a further space and cost reduction.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Transistorschaltung zwei Halbbrücken (H-Brücke). Hierbei ist der Treiberschaltung des High-Side-Transistors der ersten Halbbrücke eine erste Sekundärspule zugeordnet. Weiter ist der Treiberschaltung des High-Side-Transistors der zweiten Halbbrücke eine zweite Sekundärspule zugeordnet. Weiter ist der Treiberschaltung des Low-Side-Transistors der ersten Halbbrücke sowie der Treiberschaltung des Low-Side-Transistors der zweiten Halbbrücke eine dritte Sekundärspule zugeordnet. Hierbei kann also mittels eines Transformators, der mehrere Sekundärwicklungen aufweist, eine Leistungsübertragung für alle Treiberschaltungen der Transistorschaltung gewährleistet werden.In a further embodiment, the transistor circuit comprises two half-bridges (H-bridge). Here, the driver circuit of the high-side transistor of the first half-bridge is associated with a first secondary coil. Further, the driver circuit of the high-side transistor of the second half-bridge is associated with a second secondary coil. Next, the driver circuit of the low-side transistor of the first half-bridge and the driver circuit of the low-side transistor of the second half-bridge is associated with a third secondary coil. In this case, therefore, a power transmission for all driver circuits of the transistor circuit can be ensured by means of a transformer having a plurality of secondary windings.
Es ist zu beachten, dass ein Transformatorkern hierbei nicht größer dimensioniert werden muss als ein Transformatorkern eines Transformators, der zur Leistungsübertragung in eine einzige Treiberschaltung eines Transistors dient. Denn unter normalen Betriebsbedingungen der Transistorschaltung, insbesondere falls die Transistorschaltung der. Ansteuerung einer elektrischen Maschine dient, findet eine Leistungsübertragung in nur eine Treiberschaltung statt. Um z. B. einen zwischen den Mittelpunkten der beiden Halbbrücken der H-Brücke angeordneten Strang einer elektrischen Maschine mit einer gewünschten Strangspannung oder einem zeitlichen Strangspannungsverlauf zu beaufschlagen, werden hierbei in einer Anfangsphase sich diagonal gegenüberliegende Transistoren der H-Brücke leitend geschaltet, während die verbleibenden, ebenfalls diagonal gegenüberliegenden Transistoren gesperrt bleiben. In dieser, in der Regel zeitlich kurzen, Anfangsphase ist hierbei eine Leistungsübertragung in die Treiberschaltungen der leitend zu schaltenden Transistoren erforderlich. Im auf die Anfangsphase folgenden Betrieb, also unter den vorhergehend erwähnten Betriebsbedingungen, beispielsweise in einer Pulsweiten-Modulation, wird dann jeweils nur einer der diagonal gegenüberliegenden, in der Anfangsphase leitend geschalteten, Transistoren getaktet betrieben, d. h. abwechselnd leitend oder sperrend geschaltet. In dieser Betriebsart ist somit eine Leistungsübertragung ausschließlich in die Treiberschaltung des getaktet betriebenen Transistors, also eines einzelnen, notwendig.It should be noted that a transformer core in this case must not be dimensioned larger than a transformer core of a transformer, which is used for power transmission in a single driver circuit of a transistor. Because under normal operating conditions of the transistor circuit, in particular if the transistor circuit of. Actuation of an electrical machine is used, a power transmission takes place in only one driver circuit. To z. B. to apply a arranged between the centers of the two half-bridges of the H-bridge strand of an electric machine with a desired strand voltage or a temporal strand voltage curve, in this case diagonally opposite transistors of the H-bridge are turned on in an initial phase, while the remaining, also diagonally opposite transistors remain blocked. In this, usually short time, initial phase in this case a power transmission in the driver circuits of the transistors to be turned on is required. In the following operation on the initial phase, ie under the previously mentioned operating conditions, for example in a pulse width modulation, then only one of the diagonally opposite, in the initial phase turned on, transistors are operated clocked, d. H. alternately switched to conducting or blocking. In this mode, therefore, a power transmission only in the driver circuit of the clocked transistor operated, ie a single, is necessary.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Transistorschaltung drei Halbbrücken. Hierbei ist der Treiberschaltung des High-Side-Transistors der ersten Halbbrücke eine erste Sekundärspule zugeordnet. Weiter ist der Treiberschaltung des High-Side-Transistors der zweiten Halbbrücke eine zweite Sekundärspule zugeordnet. Weiter ist der Treiberschaltung des High-Side-Transistors der dritten Halbbrücke eine dritte Sekundärspule zugeordnet. Weiter ist der Treiberschaltung des Low-Side-Transistors der ersten Halbbrücke sowie der Treiberschaltung des Low-Side-Transistors der zweiten Halbbrücke sowie der Treiberschaltung des Low-Side-Transistors der dritten Halbbrücke eine gemeinsame vierte Sekundärspule zugeordnet. Die Transistorschaltung kann hierbei eine so genannte B6-Brückenschaltung ausbilden. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Leistungsversorgung einer jeden Treiberschaltung mit einem individuellen Transformator werden hierbei in vorteilhafter Weise fünf Primärwicklungen, fünf Transformatorkerne sowie zwei Sekundärspulen eingespart. Wie vorhergehend erläutert ergibt sich hierdurch in vorteilhafter Weise eine Bauraum- und Kostenreduktion.In a further embodiment, the transistor circuit comprises three half-bridges. Here, the driver circuit of the high-side transistor of the first half-bridge is associated with a first secondary coil. Further, the driver circuit of the high-side transistor of the second half-bridge is associated with a second secondary coil. Furthermore, the driver circuit of the high-side transistor of the third half-bridge is assigned a third secondary coil. Further, the driver circuit of the low-side transistor of the first half-bridge and the driver circuit of the low-side transistor of the second half-bridge and the driver circuit of the low-side transistor of the third half-bridge is assigned a common fourth secondary coil. The Transistor circuit may in this case form a so-called B6 bridge circuit. Compared to a conventional power supply of each driver circuit with an individual transformer, five primary windings, five transformer cores and two secondary coils are advantageously saved in this case. As explained above, this results in an advantageous manner, a space and cost reduction.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein Element zur galvanischen Trennung, wobei mittels des Elements zur galvanischen Trennung ein Eingangssignal einer Treiberschaltung an die Treiberschaltung übertragbar ist. Hierbei kann das Eingangssignal beispielsweise mittels einer Steuereinheit, beispielsweise einem Mikrocontroller, erzeugt werden. Das Element zur galvanischen Trennung kann hierbei ein Optokoppler sein. Auch kann das Element zur galvanischen Trennung ein Element zur induktiven Trennung (beispielsweise ein Transformator) oder zur kapazitiven Trennung sein. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine Potentialtrennung zwischen einer Einheit zur Erzeugung des Eingangssignals der Treiberschaltung und der Treiberschaltung selbst gewährleistet.In a further embodiment, the device comprises an element for galvanic isolation, wherein an input signal of a driver circuit can be transmitted to the driver circuit by means of the element for electrical isolation. In this case, the input signal can be generated, for example, by means of a control unit, for example a microcontroller. The element for galvanic isolation may be an optocoupler. Also, the element for electrical isolation can be an element for inductive separation (for example, a transformer) or for capacitive separation. As a result, a potential separation between a unit for generating the input signal of the driver circuit and the driver circuit itself is ensured in an advantageous manner.
In einer weiteren Ausführungsform weist ein erster Anschluss einer Sekundärspule, die einer Treiberschaltung eines Transistors zugeordnet ist, ein Bezugspotential für den Steuereingang des Transistors auf. Ein zweiter Anschluss der Sekundärspule ist an eine Gleichrichterschaltung angeschlossen, wobei mittels der Gleichrichterschaltung eine Versorgungsspannung mit vorbestimmter Höhe für die Treiberschaltung erzeugbar ist. Die Gleichrichterschaltung kann hierbei vorzugsweise ein sogenannter Halbbrückengleichrichter sein. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise ein Versorgungsspannung der Treiberschaltung erzeugbar, die relativ zum Bezugspotential des Transistors, insbesondere relativ zum Potential eines Source-Anschlusses (MOSFET) bzw. eines Emitter-Anschlusses (IGBT) ist. Hierbei ist zu beachten, dass die Bezugspotentiale der einzelnen Transistoren gleitende Potentiale sein können. Insbesondere die Bezugspotentiale der High-Side-Transistoren können hierbei zwischen einer Spannung nahe einer Versorgungsspannung der Transistorschaltung und einem Potential nahe eines Massepotentials der Transistorschaltung schwanken. In einer H-Brücke kann beispielsweise das Bezugspotential des High-Side-Transistors, also das Potential des Source- bzw. Emitter-Anschlusses, zwischen einer um eine Drain-Source-Spannung bzw. Kollektor-Emitter-Spannung des High-Side-Transistors reduzierten Versorgungsspannung der Transistorschaltung, beispielsweise der Ausgangsspannung einer Traktionsbatterie, und einem um eine Drain-Source-Spannung bzw. Kollektor-Emitter-Spannung des Low-Side-Transistors der ersten Halbbrücke erhöhten Massepotential schwanken. Durch die erfindungsgemäße Verschaltung der Sekundärwicklung kann somit immer eine Versorgungsspannung relativ zum gleitenden Bezugspotential des jeweiligen Transistors erzeugt werden.In a further embodiment, a first terminal of a secondary coil, which is assigned to a driver circuit of a transistor, has a reference potential for the control input of the transistor. A second terminal of the secondary coil is connected to a rectifier circuit, wherein by means of the rectifier circuit, a supply voltage of a predetermined height for the driver circuit can be generated. The rectifier circuit may in this case preferably be a so-called half-bridge rectifier. As a result, a supply voltage of the driver circuit can be generated in an advantageous manner, which is relative to the reference potential of the transistor, in particular relative to the potential of a source terminal (MOSFET) or an emitter terminal (IGBT). It should be noted that the reference potentials of the individual transistors may be sliding potentials. In particular, the reference potentials of the high-side transistors in this case can vary between a voltage near a supply voltage of the transistor circuit and a potential near a ground potential of the transistor circuit. In an H-bridge, for example, the reference potential of the high-side transistor, that is, the potential of the source or emitter terminal, between one to a drain-source voltage and collector-emitter voltage of the high-side transistor reduced supply voltage of the transistor circuit, for example, the output voltage of a traction battery, and fluctuate to a drain-source voltage or collector-emitter voltage of the low-side transistor of the first half-bridge ground potential fluctuate. As a result of the interconnection of the secondary winding according to the invention, a supply voltage can thus always be generated relative to the sliding reference potential of the respective transistor.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Leistungsübertragung in Treiberschaltungen einer Transistorschaltung. Hierbei ist die Transistorschaltung gemäß einer der vorhergehend. offenbarten Ausführungsformen ausgebildet. Erfindungsgemäß wird mittels des mindestens einen Transformators Leistung in die Treiberschaltungen der Transistoren übertragen, insbesondere zur Gewährleistung einer Versorgungsspannung relativ zu einem Bezugspotential der einzelnen Transistoren.Further proposed is a method for power transmission in driver circuits of a transistor circuit. Here, the transistor circuit is one of the foregoing. disclosed embodiments formed. According to the invention, power is transmitted into the driver circuits of the transistors by means of the at least one transformer, in particular to ensure a supply voltage relative to a reference potential of the individual transistors.
Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Fig. zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to two embodiments. The figures show:
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Eigenschaften.Hereinafter, like reference numerals designate elements having the same or similar technical characteristics.
In
In
In
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- H-BrückeH-bridge
- 22
- erste Halbbrückefirst half bridge
- 33
- zweite Halbbrückesecond half bridge
- 44
- High-Side-TransistorHigh-side transistor
- 55
- Low-Side-TransistorLow-side transistor
- 66
- High-Side-TransistorHigh-side transistor
- 77
- Low-Side-TransistorLow-side transistor
- 88th
- Strangstrand
- 99
- Treiberschaltungdriver circuit
- 1010
- Treiberschaltungdriver circuit
- 1111
- Treiberschaltungdriver circuit
- 1212
- Treiberschaltungdriver circuit
- 1313
- Steuereinheitcontrol unit
- 14, 14a14, 14a
- Vorrichtung zur LeistungsübertragungDevice for power transmission
- 1515
- erster Transformatorfirst transformer
- 1616
- zweiter Transformatorsecond transformer
- 1717
- dritter Transformatorthird transformer
- 1818
- Primärwicklungprimary
- 1919
- Sekundärwicklungsecondary winding
- 2020
- Transformatorkerntransformer core
- 2121
- Gleichrichterrectifier
- 2222
- Transformatortransformer
- 2323
- Primärwicklungprimary
- 2424
- Transformatorkerntransformer core
- 2525
- erste Sekundärwicklungfirst secondary winding
- 2626
- zweite Sekundärwicklungsecond secondary winding
- 2727
- dritte Sekundärwicklungthird secondary winding
- VT V T
- Versorgungsspannung der H-BrückeSupply voltage of the H-bridge
- VD1 V D1
- Versorgungsspannung einer TreiberschaltungSupply voltage of a driver circuit
- VD2 V D2
- Versorgungsspannung einer TreiberschaltungSupply voltage of a driver circuit
- VD3 V D3
- Versorgungsspannung einer TreiberschaltungSupply voltage of a driver circuit
- VD4 V D4
- Versorgungsspannung einer TreiberschaltungSupply voltage of a driver circuit
- GT1 G T1
-
Gate-Anschluss des High-Side-Transistors
4 Gate terminal of the high-side transistor 4 - GT2 G T2
-
Gate-Anschluss des Low-Side-Transistors
5 Gate terminal of the low-side transistor 5 - GT3 G T3
-
Gate-Anschluss des High-Side-Transistors
6 Gate terminal of the high-side transistor 6 - GT4 G T4
-
Gate-Anschluss des Low-Side-Transistors
7 Gate terminal of the low-side transistor 7 - ET1 E T1
-
Emitter-Anschluss des High-Side-Transistors
4 Emitter terminal of the high-side transistor 4 - ET2 E T2
-
Emitter-Anschluss des Low-Side-Transistors
5 Emitter terminal of the low-side transistor 5 - ET3 e T3
-
Emitter-Anschluss des High-Side-Transistors
6 Emitter terminal of the high-side transistor 6 - ET4 E T4
-
Emitter-Anschluss des Low-Side-Transistors
7 Emitter terminal of the low-side transistor 7 - M1M1
- Mittelpunkt der ersten HalbbrückeCenter of the first half bridge
- M2M2
- Mittelpunkt der zweiten HalbbrückeCenter of the second half bridge
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 5596466 [0006] US 5596466 [0006]
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DE102010046427A DE102010046427A1 (en) | 2010-09-23 | 2010-09-23 | Power transmission device for use in driver circuit of transistor circuit for controlling e.g. synchronous machine in electric vehicle, has common secondary coil assigned to driver circuits of low side transistors |
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2010
- 2010-09-23 DE DE102010046427A patent/DE102010046427A1/en not_active Ceased
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