用于减小逆变器的半导体结构元件的电压负荷的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于减小逆变器的半导体结构元件的电压负荷的方法和设备，包括步骤：求取用于对至少具有电池、逆变器和电机的电系统的电池进行充电的需求，逆变器基于由至少一个第一半导体结构元件和第二半导体结构元件组成的至少一个串联电路设置成，将通过电池提供的直流电压转换为适合用于电机的交流电压并且提供交流电压；匹配第一半导体结构元件和/或第二半导体结构元件的栅极电压，以便在对电池进行充电期间基本上中断电池与电机之间的电流流动，通过降低第一半导体结构元件的和第二半导体结构元件的相应的栅极电压，减小相应的半导体结构元件的栅极氧化物层的电压负荷，和/或使相应的半导体结构元件的漏极源极段的电压负荷彼此均衡。极段的电压负荷彼此均衡。极段的电压负荷彼此均衡。

【技术实现步骤摘要】
用于减小逆变器的半导体结构元件的电压负荷的方法和设备


[0001]本专利技术涉及一种用于减小逆变器的并且尤其是三相逆变器的半导体结构元件的电压负荷的方法和设备。

技术介绍

[0002]在能够电驱动的车辆的电池的充电运行中，驱动逆变器通常是非主动的(inaktiv)，该车辆具有电系统，该电系统包括电池、驱动逆变器和电动马达。在此，原则上已知两个用于附接驱动逆变器的系统概念。要么通过附加的开关断开该驱动逆变器，要么将该驱动逆变器置于非主动的模式中或保留在该非主动的模式中。
[0003]出于成本原因，通常省去这样的附加的开关，使得在逆变器中使用的半导体在充电运行期间由于施加负的栅极源极电压并且通过施加所谓的DC链路电压的一部分而受到负荷。
[0004]此外，由现有技术已知如下车辆：所述车辆实现双向的充电运行，在所述充电运行中，存储在车辆的电池中的能量也可以在相反的方向上流动至外部的充电站。这就是说，附加地在反向的能量流动的时间段中，也存在驱动逆变器的半导体的上述负荷，只要所述驱动逆变器未通过附加的开关与电池电流分离。

技术实现思路

[0005]根据本专利技术的第一方面，提出一种用于减小逆变器的半导体结构元件的电压负荷的方法，所述逆变器例如是电驱动车辆的驱动逆变器。
[0006]在根据本专利技术的方法的第一步骤中，求取用于对电系统的电池进行充电的需求，该电系统至少具有所述电池、所述逆变器和电机。如果该电系统是能够电驱动的车辆的组成部分，则该电机例如是该车辆的驱动系的电动马达，其中，该电系统不局限于这样的应用并且不局限于在车辆中的应用。
[0007]用于对电池进行充电的需求例如由充电设备产生，该充电设备在车辆的充电过程的情况下与该车辆电连接。
[0008]该逆变器基于由至少一个第一半导体结构元件和第二半导体结构元件组成的至少一个串联电路设置成，将通过电池提供的直流电压转换为适合用于电机的交流电压并且提供该交流电压。半导体结构元件例如构造为MOSFET、SiC
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MOSFET和/或构造为功率半导体。此外可能的是，相应另外的半导体结构元件与第一半导体结构元件和/或与第二半导体结构元件并联连接，以便例如切换高的负载电流。优选地，在这样的情况下，以相同且同时的方式操控相应的并联电路内的全部半导体结构元件。对相应的半导体结构元件的操控优选借助根据本专利技术的分析处理单元和/或借助单独的栅极驱动器来进行，所述单独的栅极驱动器可以在信息技术方面与这样的分析处理单元连接。
[0009]在根据本专利技术的第二步骤中，匹配第一半导体结构元件的栅极电压(用于“栅极源极电压”的简称)和/或第二半导体结构元件的栅极电压，以便在对电池进行充电期间基本
上中断电池与电机之间的电流流动。“基本上”在此涉及通产存在的漏电流，所述漏电流也可以在所述半导体结构元件的关断状态中流动通过所述半导体结构元件的源极漏极段。相应地，电流流动的中断在此代表第一半导体结构元件的和/或第二半导体结构元件的关断状态。
[0010]如此匹配第一半导体结构元件的栅极电压和/或第二半导体结构元件的栅极电压，使得通过降低第一半导体结构元件的和第二半导体结构元件的相应的栅极电压，减小相应的半导体结构元件的栅极氧化物层的电压负荷。
[0011]替代地或者附加地，如此匹配栅极电压，使得使相应的半导体结构元件的漏极
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源极段的电压负荷彼此均衡(Angleichen)。两个半导体结构元件的不同的电压负荷可以由于半导体结构元件的相应的漏极
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源极段的具有偏差的电导(Leitwert)得出，所述电导引起两个半导体结构元件上的相应不同的电压降。
[0012]为了使相应的半导体结构元件的漏极
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源极段的电压负荷均衡，借助适合的电压传感器执行电压测量，在所述电压测量的基础上求取电压负荷的相应的偏差。为此，相应的电压传感器例如在信息技术方面与根据本专利技术的分析处理单元连接。
[0013]由于半导体结构元件的经减小的和/或彼此均衡的电压负荷，当处于成本原因和/或空间原因等没有设置有用于在充电运行中将逆变器电流分离的开关时，能够通过这种方式有利地用于逆变器的更高的使用寿命。此外，借助根据本专利技术的方法能够补偿半导体结构元件的生产公差，使得可以降低对半导体结构元件的公差要求，由此相应地也能够减小半导体结构元件的制造成本。
[0014]尤其是，当所使用的半导体结构元件相对于总使用持续时间按比例主要在关断的状态中运行时，可以发挥所述优点。这尤其可以涉及上述能够电驱动的车辆，所述车辆的使用时间段通常明显低于其充电时间段。
[0015]以下示出本专利技术的优选的扩展方案。
[0016]在本专利技术的一种有利构型中，在对电池充电期间，将第一半导体结构元件的和第二半导体结构元件的相应的漏极
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源极电压不间断地调设为基本上相同的值。换言之，因此不仅产生漏极
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源极电压彼此的接近，还产生漏极
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源极电压的相同的特征。
[0017]替代于此地，在对电池进行充电期间，分别交替地在导电运行与不导电运行之间切换第一半导体结构元件和第二半导体结构元件，其中，相应地，两个半导体结构元件中的仅一个半导体结构元件处在导电运行中，而两个半导体结构元件中的相应另一个半导体结构元件处在不导电运行中，并且其中，在对电池进行充电期间，两个半导体结构元件的导电运行的相应的总持续时间基本上是相同的。换言之，由此同样实现两个半导体结构元件在该时间上的均匀的电压负荷。在逆变器的下述多相设计的背景下，这尤其提供特别的优点，因为各个半导体的负荷能够依次划分到不同相的半导体上，使得相应地减小相应的半导体的单个负荷。
[0018]特别优选地，第一半导体结构元件的和第二半导体结构元件的相应的栅极电压设置为0V或者接近0V，用以减小半导体结构元件的相应的栅极氧化物层的电压负荷。
[0019]有利地，第一半导体结构元件的和所述第二半导体结构元件的相应的栅极电压仅匹配在如下电压范围内，以便使所述半导体结构元件的相应的漏极
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源极段的电压负荷均衡：所述电压范围从负的栅极电压值直至预定义的阈值，其中，所述预定义的阈值低于相应
的半导体结构元件的阈值电压。优选地，预定义的阈值比半导体结构元件的阈值电压小至少1V，使得漏电可以保持得低和/或不以意外的方式将相应的半导体置于接通的状态中。应指出的是，在漏电流的高度方面，即使在栅极电压接近阈值的情况下，根据本专利技术的对半导体结构元件的减小电压负荷的操控通常也不构成问题，因为该操控在电池的充电模式期间进行，在该充电模式中，由于漏电流造成的损耗功率由充电设备承担，而不是由电池承担。
[0020]在本专利技术的另一种有利构型中，逆变器具有多个由至少一个第一半导体结构元件和第二半导体结构元件组成的串联电路(例如两个或者三个或者更多个半桥电路或者全桥电路)，其中，每个串联电路设置用于分别操控多相电机(例如三相电动马达本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于减小逆变器(30)的半导体结构元件(10，20)的电压负荷的方法，所述方法具有下述步骤：求取用于对电系统的电池(40)进行充电的需求，所述电系统至少具有所述电池(40)、所述逆变器(30)和电机(50)，其中，所述逆变器(50)基于由至少一个第一半导体结构元件(10)和第二半导体结构元件(20)组成的至少一个串联电路设置成，将通过所述电池(40)提供的直流电压(Ubat)转换为适合用于所述电机(50)的交流电压(Uac)并且提供所述交流电压，匹配所述第一半导体结构元件(10)的栅极电压和/或所述第二半导体结构元件(20)的栅极电压，以便在对所述电池(40)进行充电期间基本上中断所述电池(40)与所述电机(50)之间的电流流动，其中，通过降低所述第一半导体结构元件(10)的相应的栅极电压和所述第二半导体结构元件(20)的相应的栅极电压，减小相应的半导体结构元件(10，20)的栅极氧化物层的电压负荷，和/或使相应的半导体结构元件(10，20)的漏极
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源极段的电压负荷彼此均衡。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在对所述电池(40)进行充电期间，将所述第一半导体结构元件(10)的相应的漏极
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源极电压和所述第二半导体结构元件(20)的相应的漏极
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源极电压不间断地调设为基本上相同的值。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在对所述电池(40)进行充电期间，分别交替地在导电运行与不导电运行之间切换所述第一半导体结构元件(10)和所述第二半导体结构元件(20)，其中，所述两个半导体结构元件(10，20)中的相应仅一个半导体结构元件处在导电运行中，而所述两个半导体结构元件(10，20)中的相应另一个半导体结构元件处在不导电运行中，在对所述电池(40)进行充电期间，所述两个半导体结构元件(10，20)的导电运行的相应的总持续时间基本上是相同的。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一半导体结构元件(10)的相应的栅极电压和所述第二半导体结构元件(20)的相应的栅极电压设置为0V或者接近0V，用以减小所述半导体结构元件(10，20)的相应的栅极氧化物层的电压负荷。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一半导体结构元件(10)的相应的栅极电压和所述第二半导体结构元件(20)的相应的栅极电压仅在如下电压范围内匹配，以便使所述半导体结构元件(10，20)的相应的漏极
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源极段的电压负荷均衡：所述电压范围从负的栅极电压值直至预...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：