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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung, eine Halbbrücken-Schaltungsanordnung, einen Inverter und ein entsprechendes Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Es werden heute in einer Vielzahl technischer Anwendungen Elektromotoren eingesetzt. Häufig werden dabei Elektromotoren mit mehreren Phasen eingesetzt.
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Beispielsweise können solche Motoren in Industrieanlagen eingesetzt werden, um z.B. unterschiedliche mechanische Vorrichtungen anzutreiben. Mehrphasige Elektromotoren können aber z.B. auch in Fahrzeugen eingesetzt werden, um diese Fahrzeuge anzutreiben. Solche Fahrzeuge können z.B. Elektrofahrräder, Elektroautos, Hybridfahrzeuge oder dergleichen sein. Hybridfahrzeuge weisen z.B. einen herkömmlichen Verbrennungsmotor auf, der mit einem Elektromotor kombiniert wird, um den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu reduzieren oder die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen.
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Zur Ansteuerung solcher Elektromotoren werden üblicherweise Inverter eingesetzt, die eine Gleichspannung, welche in Fahrzeugen z.B. von einer Batterie oder Brennstoffzelle bereitgestellt wird, in für die Ansteuerung des jeweiligen Motors geeignete Phasenspannungen wandeln.
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Es ist heute üblich, zum Betrieb und zur Überwachung der Funktion des Inverters bzw. des Antriebssystems aus Batterie, Inverter und Elektromotor die Ströme zu erfassen, welche durch die einzelnen Schaltelemente des Inverters fließen. Dazu werden die erfassten Stromstärken z.B. mit vorgegebenen Maximalwerten verglichen und ein Fehler angezeigt, wenn einer der erfassten Ströme über dem entsprechenden Maximalwert liegt.
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Die gemessenen Ströme können auch zur Regelung des Elektromotors eingesetzt werden. Dazu werden im Normalbetrieb ohne Fehler die einzelnen Phasenströme für die Phasen des Elektromotors bzw. der Gleichstromanteil des Motorstroms erfasst.
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Zur Strommessung werden üblicherweise Sensoren verwendet, die außerhalb der Halbbrückenschalter liegen. Als Sensoren können z.B. Hall-Effekt-Sensoren oder Sensoren, die den GMR- oder AMR-Effekt nutzen, oder dergleichen genutzt werden. Für die Messung kleinerer Ströme können z.B. auch Shunt-Widerstände genutzt werden.
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Dabei sind die externen Sensoren relativ groß, was zu einer Vergrößerung des benötigten Bauraums und einem komplexeren Aufbau führt. Ferner werden durch die zusätzlichen Bauteile die Kosten erhöht.
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Ein Verfahren zur Messung von Strömen in einem Inverter zeigt z.B. die
DE 40 29 267 A1 .
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Halbbrücken-Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6, einen Inverter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und ein entsprechendes Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
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Demgemäß ist vorgesehen:
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Eine Diode mit einem Anodenbereich, welcher eine erste Anodenfläche und mindestens eine von der ersten Anodenfläche elektrisch getrennte zweite Anodenfläche aufweist, wobei die erste Anodenfläche größer ist, als die mindestens eine zweite Anodenfläche und wobei die mindestens eine zweite Anodenfläche mit einem Messausgang gekoppelt ist, oder mit einem Kathodenbereich, welcher eine erste Kathodenfläche und mindestens eine von der ersten Kathodenfläche elektrisch getrennte zweite Kathodenfläche aufweist, wobei die erste Kathodenfläche größer ist, als die mindestens eine zweite Kathodenfläche und wobei die mindestens eine zweite Kathodenfläche mit einem entsprechenden Messausgang gekoppelt ist.
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Ferner ist vorgesehen:
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Eine Schaltungsanordnung mit einem ersten Schaltelement, welches mindestens einen ersten Messausgang aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, ein erstes Messsignal auszugeben, welches den durch das erste Schaltelement fließenden Strom kennzeichnet, mit einer ersten Diode, welche elektrisch antiparallel zu dem ersten Schaltelement angeordnet ist und mindestens einen zweiten Messausgang aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, ein zweites Messsignal auszugeben, welches den durch die Diode fließenden Strom kennzeichnet, mit einer Auswerteschaltung, welche mit dem ersten Messausgang und dem zweiten Messausgang elektrisch gekoppelt ist und welche dazu ausgebildet ist, den Strom, welcher durch das erste Schaltelement und/oder die erste Diode fließt, basierend auf dem ersten Messsignal und/oder dem zweiten Messsignal zu erfassen und auszugeben.
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Ferner ist vorgesehen:
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Eine Halbbrücken-Schaltungsanordnung mit zwei erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen.
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Ferner ist vorgesehen:
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Ein Inverter mit einer Vielzahl von Phasen, mit jeweils einer erfindungsgemäßen Halbbrücken-Schaltungsanordnung für jede der Phasen, mit einer Steuereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die Schaltelemente der Halbbrücken-Schaltungsanordnungen zumindest basierend auf von den Auswerteschaltungen der Halbbrücken-Schaltungsanordnungen erfassten Strömen anzusteuern.
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Schließlich ist vorgesehen:
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Ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor mit mindestens einer Phase, mit einer Energiequelle, und mit einem erfindungsgemäßen Inverter, welcher für jede Phase des Elektromotors eine Phase aufweist und welcher mit der Energiequelle und mit dem Elektromotor gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, den Elektromotor mit elektrischer Energie aus der Energiequelle zu versorgen.
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Vorteile der Erfindung
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Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass es vorteilhaft ist, die Strommessung in die Leistungsbauteile der Ansteuerelektronik eines Elektromotors zu integrieren.
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Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und sowohl in einem ersten Schaltelement als auch in einer Diode einer Schaltungsanordnung jeweils einen oder mehrere Messausgänge vorzusehen. Die Messausgänge geben dabei jeweils ein Signal aus, welches den durch das jeweilige Bauteil fließenden Strom kennzeichnet.
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Die Messsignale werden von den Messausgängen einer Auswerteschaltung zugeführt, die aus den von den Messausgängen bereitgestellten Signalen die Stromstärke des durch die Bauteile fließenden Stroms berechnet.
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Die Erfindung sieht ferner eine Halbbrückenschaltung vor, die zwei der oben beschriebenen Schaltungsanordnungen aufweist und in einem erfindungsgemäßen Inverter eingesetzt werden kann.
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Ein solcher erfindungsgemäßer Inverter kann wiederum z.B. in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, dass einen Elektromotor aufweist.
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Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt die Strommessung unabhängig von dem Schaltzustand des ersten Schaltelements bzw. der Schaltelemente des Inverters durch eine ergänzende Erfassung des Stroms in der jeweiligen dem entsprechenden Schaltelement antiparallel geschalteten Diode.
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Dadurch ermöglicht die vorliegende Erfindung eine sehr einfache Stromerfassung in der Schaltungsanordnung in allen Schalt- bzw. Betriebszuständen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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In einer Ausführungsform sind der erste Messausgang und der zweite Messausgang elektrisch parallel geschaltet. Da in der Schaltungsanordnung der Strom entweder durch das erste Schaltelement oder durch die Diode fließt, kann eine vereinfachte Auswerteschaltung mit nur einem Eingang bereitgestellt werden.
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In einer Ausführungsform können das erste Schaltelement oder die Diode der Schaltungsanordnung durch Parallelschaltung mehrerer gleicher Bauelemente realisiert werden. In solch einer Ausführungsform kann ebenfalls eine vereinfachte Auswertung mit nur einem Eingang bereitgestellt werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Ausgänge der Schaltelemente parallel zu schalten, ebenso wie die Ausgänge der Diode, so dass diese Anordnung zwei Eingänge besitzt.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Auswerteschaltung zur Strommessung z.B. einen Shunt-Widerstand und/oder eine Messbrücke, insbesondere eine Wheatstonsche Messbrücke, und/oder einen kontaktlosen Stromsensor auf. Dadurch kann eine genaue Strommessung sehr einfach realisiert werden.
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In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, eine Warnmeldung auszugeben, wenn einer der von den Auswerteschaltungen der Halbbrücken-Schaltungsanordnungen erfassten Ströme größer ist, als ein vorgegebener Grenzwert. Dadurch wird es möglich sehr schnell auf einen auftretenden Fehler zu reagieren. Beispielsweise kann die Stromzufuhr zu der Schaltungsanordnung bzw. dem Inverter unterbrochen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist in dem ersten Schaltelement ein Ausgangsbereich vorgesehen, der eine erste Fläche und für jeden der ersten Messausgänge eine von der ersten Fläche und weiteren zweiten Flächen elektrisch getrennte zweite Fläche aufweist, wobei die erste Fläche größer ist als die zweiten Flächen und wobei jede der zweiten Flächen mit dem entsprechenden ersten Messausgang gekoppelt ist. Die erste Fläche ist mit einem Leistungsausgang des ersten Schaltelements gekoppelt. Dadurch kann sehr einfach ein Stromsensor realisiert werden, da das Verhältnis des Stroms an dem ersten Messausgang zu dem Strom an dem Leistungsausgang dem Verhältnis der zweiten Fläche zu der ersten Fläche entspricht. Aufgrund von Temperatur bzw. Arbeitspunkt der Stromerfassung kann das Verhältnis der Ströme je nach Ausführungsform nicht exakt dem Verhältnis der Flächen entsprechen. z.B. kann bei 25°C ein Verhältnis der Flächen von 1:1000 und ein Stromverhältnis von 1:1034 gegeben sein. Bei 150°C kann das Verhältnis der Ströme bei gleichem Flächenverhältnis aber 1:950 betragen. Solche Schwankungen können in einer Ausführungsform z.B. durch die Auswerteschaltung kompensiert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Ausgangsbereich mehr als nur eine erste Fläche und eine von der ersten Fläche elektrisch getrennte zweite Fläche auf. Beispielsweise kann der Ausgangsbereich eine erste Fläche und drei von der ersten Fläche und voneinander elektrisch getrennte zweite Flächen aufweisen. Die Flächenverhältnisse können dabei z.B. 1000:6:2:1 betragen. Bei unterschiedlichen Arbeitspunkten (Stromstärken im Leistungsausgang) ist so eine jeweils optimale Qualität des Messsignals für die Auswertung gewährleistet. Beispielsweise kann bei einem Strom < 100A Messausgang1 verwendet werden. Bei einem Strom zwischen 100A und 300A kann Messausgang 2 verwendet werden und bei einem Strom zwischen 300A und 600A kann Messausgang 3 verwendet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die erste Diode einen Anodenbereich auf, der eine erste Anodenfläche und für jeden der zweiten Messausgänge eine von der ersten Anodenfläche und weiteren zweiten Anodenflächen elektrisch getrennte zweite Anodenfläche aufweist, wobei die erste Anodenfläche größer ist, als die zweiten Anodenflächen und wobei jede der zweiten Anodenflächen mit dem entsprechenden zweiten Messausgang gekoppelt ist. Die erste Anodenfläche ist mit dem Leistungsausgang der Diode gekoppelt. Dadurch kann sehr einfach ein Stromsensor in der Diode realisiert werden, da das Verhältnis des Stroms an dem zweiten Messausgang zu dem Strom an dem Leistungsausgang dem Verhältnis der zweiten Anodenfläche zu der ersten Anodenfläche entspricht. Aufgrund von Temperatur bzw. Arbeitspunkt der Stromerfassung kann das Verhältnis der Ströme je nach Ausführungsform nicht exakt dem Verhältnis der Flächen entsprechen, z.B. kann bei 25°C ein Verhältnis der Flächen von 1:1000 und ein Stromverhältnis von 1:1034 gegeben sein. Bei 150°C kann das Verhältnis der Ströme bei gleichem Flächenverhältnis aber 1:950 betragen. Solche Schwankungen können in einer Ausführungsform z.B. durch die Auswerteschaltung kompensiert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform beträgt das Flächenverhältnis der ersten Fläche zu der zweiten Fläche oder der ersten Anodenfläche zu der zweiten Anodenfläche weniger als 1/100, insbesondere 1/500 oder 1/1000. Andere Flächenverhältnisse sind ebenfalls möglich. Dadurch wird es möglich, den in dem ersten Schaltelement integrierten Stromsensor oder den in der Diode integrierten Stromsensor sehr einfach an unterschiedliche Anwendungen und Anforderungen anzupassen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Anodenbereich mehr als nur eine erste Anodenfläche und eine von der ersten Anodenfläche elektrisch getrennte zweite Anodenfläche auf. Beispielsweise kann der Anodenbereich eine erste Anodenfläche und drei von dieser und voneinander elektrisch getrennte zweite Anodenflächen aufweisen. Die Flächenverhältnisse können dabei z.B. 1000:6:2:1 betragen. Bei unterschiedlichen Arbeitspunkten (Stromstärken im Leistungsausgang) ist so eine jeweils optimale Qualität des Messsignals für die Auswertung gewährleistet. Beispielsweise kann bei einem Strom < 100A Messausgang 1 verwendet werden. Bei einem Strom zwischen 100A und 300A kann Messausgang 2 verwendet werden und bei einem Strom zwischen 300A und 600A kann Messausgang 3 verwendet werden.
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In einer Ausführungsform weist die Halbbrücken-Schaltungsanordnung eine positive Versorgungsleitung und eine negative Versorgungsleitung auf, wobei die erste Schaltungsanordnung und die zweite Schaltungsanordnung zwischen der positiven Versorgungsleitung und der negativen Versorgungsleitung elektrisch in einer Reihenschaltung angeordnet sind, und wobei der Knotenpunkt zwischen der ersten Schaltungsanordnung und der zweiten Schaltungsanordnung mit einem Ausgang der Halbbrücken-Schaltungsanordnung gekoppelt ist. Dadurch wird es möglich, sowohl die positive Versorgungsspannung als auch die negative Versorgungsspannung an den Ausgang der Halbbrücken-Schaltungsanordnung anzulegen.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
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1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
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2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halbbrücken-Schaltungsanordnung;
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3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Inverters;
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4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
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5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Diode.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1.
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Die Schaltungsanordnung 1 weist ein als Transistor T1 ausgebildetes erstes Schaltelement T1 auf. Der Kollektor C1 des Transistors T1 ist mit einem positiven Versorgungsanschluss T+ gekoppelt. Ferner ist der Emitteranschluss E1 des Transistors T1 mit einem Ausgangsanschluss L gekoppelt. Der Gateanschluss G1 des Transistors T1 kann z.B. mit einer in 1 nicht dargestellten Steuereinrichtung verbunden werden.
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Parallel zu dem Transistor T1 ist eine Diode D1 angeordnet. Dabei ist die Anode A1 der Diode D1 mit dem Ausgangsanschluss L gekoppelt und die Kathode K1 der Diode D1 mit dem positiven Versorgungsanschluss T+ gekoppelt.
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Der Transistor T1 weist an dessen Emitterseite einen ersten Messausgang Es1 auf, der mit einer Auswerteschaltung AW1 gekoppelt ist. Über den Messausgang Es1 wird der Auswerteschaltung AW1 das erste Messsignal M11 bereitgestellt.
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Die Diode D1 weist ebenfalls einen Messausgang As1 auf. Dieser zweite Messausgang As1 ist ebenfalls mit der Auswerteschaltung AW1 gekoppelt. Über den zweiten Messausgang As1 wird der Auswerteschaltung AW1 das zweite Messsignal M21 bereitgestellt. Die beiden Messsignale M11 und M21 können entweder separat ausgewertet oder parallelgeschaltet und gemeinsam ausgewertet werden.
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Der erste Messausgang Es1 wird in dem Transistor T1 dadurch gebildet, dass der Emitter des Transistors T1 in zwei Flächen unterteilt wird. Dabei gibt das Flächenverhältnis der zwei Flächen das Verhältnis der Ströme zwischen dem Emitteranschluss E1 und dem ersten Messausgang Es1 an. Ist das Verhältnis der Flächen z.B. 1/1000, ist also die Fläche, welche dem Emitteranschluss zugewiesen ist, 1000 Mal größer als die Fläche, welche dem ersten Messausgang Es1 zugewiesen ist, so wird an dem ersten Messanschluss Es1 ein Strom ausgegeben, der um den Faktor 1000 kleiner ist, als der Strom, welcher über den Emitteranschluss ausgegeben wird.
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Der zweite Messanschluss As1 der Diode D1 wird auf die gleiche Art bereitgestellt, wie der erste Messanschluss Es1. Allerdings wird bei der Diode D1 der Anodenbereich in zwei Anodenflächen unterteilt. Dies wird in 5 im Detail erläutert.
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Die Auswerteschaltung AW1 kann zur Erfassung der Stromstärke IT des ersten Messsignals M11 und der Stromstärke ID des zweiten Messsignals M21 einen Shunt-Widerstand aufweisen. Alternativ kann die Auswerteschaltung AW1 eine Messbrücke, insbesondere eine Wheatstonsche Messbrücke oder einen kontaktlosen Stromsensor aufweisen. Andere Arten der Stromerfassung sind ebenfalls möglich.
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Schließlich ist die Auswerteschaltung AW1 mit dem Ausgangsanschluss L gekoppelt, um den Strom, welcher über den ersten Messausgang Es1 und den zweiten Messausgang As1 in die Auswerteschaltung AW1 geflossen ist, zurück in die Schaltungsanordnung zu leiten.
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2 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halbbrücken-Schaltungsanordnung 2.
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Die Halbbrücken-Schaltungsanordnung 2 der 2 weist zwei Schaltungsanordnungen 1 auf, die in Reihe zwischen einer positiven Versorgungsleitung + und einer negativen Versorgungsleitung – angeordnet sind.
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Der Kollektor C1 des Transistors T1 der ersten Schaltungsanordnung 1 ist mit der positiven Versorgungsleitung + verbunden. Der Emitterausgang E1 des Transistors T1 ist mit dem Knotenpunkt K verbunden, welcher mit dem Ausgang L der Halbbrücken-Schaltung 2 verbunden ist. Die Diode D1 der ersten Schaltungsanordnung 1 ist antiparallel zu dem Transistor T1 zwischen dem Knotenpunkt K und der positiven Versorgungsleitung + angeordnet. D.h. der Anodenanschluss A1 der ersten Diode D1 ist mit dem Knotenpunkt K gekoppelt und die Kathode K1 der ersten Diode D1 ist mit der positiven Versorgungsleitung + gekoppelt.
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Der Kollektor C2 des Transistor T2 der zweiten Schaltungsanordnung 1 ist mit dem Knotenpunkt K verbunden. Der Emitterausgang E2 des Transistors T2 ist mit einer negativen Versorgungsleitung – verbunden. Genau wie bei der ersten Schaltungsanordnung 1, ist die Diode D2 antiparallel zu dem Transistor T2 geschaltet. Folglich ist der Anodenanschluss A2 der zweiten Diode D2 mit der negativen Versorgungsleitung – verbunden und der Kathodenanschluss K2 der zweiten Diode D2 mit dem Knotenpunkt K.
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Die Gateanschlüsse G1, G2 der Transistoren G1, G2 können mit einer in 2 ebenfalls nicht dargestellten Steuereinrichtung gekoppelt werden.
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Der erste Messausgang Es1 und der zweite Messausgang As1 der ersten Schaltungsanordnung 1 sind elektrisch parallel geschaltet und werden an die Auswerteschaltung AW1 geführt, die die erfasste Stromstärke I1 ausgibt. In einer weiteren Ausführungsform werden der erste Messausgang Es1 und der zweite Messausgang As1 separat mit der Auswerteschaltung AW1 verbunden.
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Der erste Messausgang Es2 und der zweite Messausgang As2 der zweiten Schaltungsanordnung 1 sind elektrisch parallel geschaltet und werden an die Auswerteschaltung AW2 geführt, die die erfasste Stromstärke I2 ausgibt. In einer weiteren Ausführungsform werden der erste Messausgang Es2 und der zweite Messausgang As2 separat mit der Auswerteschaltung AW1 verbunden.
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Die erfasste Stromstärke I1 bzw. I2 kann dabei die Stromstärke sein, welche die Messsignale M11, M12 und M21, M22 aufweisen. Alternativ können die Auswerteschaltungen AW1, AW2 auch eine Logik aufweisen, die aus der Stromstärke der Messsignale M11, M12 und M21, M22 die Stromstärke in den Transistoren T1, T2 oder den Dioden D1, D2 berechnet und ausgibt.
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In 2 ist die erste Auswerteschaltung AW1 ferner mit dem Knotenpunkt K gekoppelt und die zweite Auswerteschaltung AW2 ist ferner mit der negativen Versorgungleitung – gekoppelt, um den Strom, welcher über die Messausgänge Es1, As1 und Es2, As2 in die jeweilige Auswerteschaltung AW1, AW2 geflossen ist, zurück in die Schaltungsanordnung zu leiten.
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In 2 ist zwischen der positiven Versorgungsleitung + und der negativen Versorgungsleitung – ferner ein Kondensator C angeordnet, der als Pufferkondensator dient.
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Mit Hilfe der in 2 dargestellten Halbbrücken-Schaltungsanordnung 2 kann ein Anschluss eines Elektromotors wahlweise mit der positiven Versorgungsleitung + oder der negativen Versorgungsleitung – gekoppelt werden. Die Dioden dienen dabei als Freilaufdioden, die den Strom, welcher durch die Gegeninduktivität des Motors und die dadurch induzierte Spannung erzeugt wird, ableiten.
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3 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Inverters 3.
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Der Inverter 3 der 3 weist drei Phasen Ph1, Ph2, Ph3 auf, die jeweils eine Halbbrücken-Schaltung 2 aufweisen, die nicht explizit gekennzeichnet sind. Alle Phasen Ph1, Ph2, Ph3 sind dabei mit einer positiven Versorgungsleitung + und einer negativen Versorgungsleitung – verbunden, wie in Zusammenhang mit 2 beschrieben.
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Der Inverter 3 der 3 weist eine Steuereinrichtung SE auf, die mit den Auswerteschaltungen AW1–AW6 der einzelnen Phasen gekoppelt ist.
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Die Auswerteschaltung AW1 erfasst den Strom in dem Transistor T1 und der Diode D1 der ersten Schaltungsanordnung 1 der ersten Phase Ph1. Die Auswerteschaltung AW2 erfasst den Strom in dem Transistor T2 und der Diode D2 der zweiten Schaltungsanordnung 1 der ersten Phase Ph1.
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Die Auswerteschaltung AW3 erfasst den Strom in dem Transistor T3 und der Diode D3 der ersten Schaltungsanordnung 1 der zweiten Phase Ph2. Die Auswerteschaltung AW4 erfasst den Strom in dem Transistor T4 und der Diode D4 der zweiten Schaltungsanordnung 1 der zweiten Phase Ph2.
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Die Auswerteschaltung AW5 erfasst den Strom in dem Transistor T5 und der Diode D5 der ersten Schaltungsanordnung 1 der dritten Phase Ph3. Die Auswerteschaltung AW6 erfasst den Strom in dem Transistor T6 und der Diode D6 der zweiten Schaltungsanordnung 1 der dritten Phase Ph3.
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Jede der Phasen Ph1, Ph2 bzw. Ph3 ist ferner an deren Knotenpunkt zwischen den zwei Schaltungsanordnungen 1 mit einem Ausgang L1, L2 bzw. L3 des Inverters 1 gekoppelt.
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In 3 ist jede der Auswerteschaltungen AW1–AW6 über eine separate Leitung mit der Steuereinrichtung SE gekoppelt. Dadurch wird eine exakte und quasi kontinuierliche Erfassung der Ströme in den einzelnen Phasen Ph1, Ph2 und Ph3 möglich.
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Die Steuereinrichtung SE ist dazu ausgebildet, die einzelnen Transistoren T1–T6 derart anzusteuern, dass sich in den drei Phasen Ph1, Ph2, Ph3 die gewünschten Ströme ergeben. Der Übersichtlichkeit halber sind diejenigen Elemente, die die Ansteuerung der einzelnen Transistoren T1–T6 durchführen, in 3 nicht separat dargestellt.
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Die Steuereinrichtung SE vergleicht ferner die erfassten Stromstärken mit einem vorgegebenen Grenzwert G. Ist eine der erfassten Stromstärken größer als der Grenzwert G gibt die Steuereinrichtung SE ein Warnsignal W aus.
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Der Inverter 3 in 3 weist drei Phasen Ph1, Ph2, Ph3 auf. In weiteren Ausführungsformen kann der Inverter 3 eine andere Anzahl an Phasen aufweisen.
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4 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 4.
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Das Kraftfahrzeug 4 weist eine Energiequelle EQ auf, die z.B. eine Hochvoltbatterie EQ oder eine Brennstoffzelle EQ sein kann. Die Energiequelle EQ ist über eine positive Leitung und eine negative Leitung mit einem Inverter 3 gekoppelt, der wiederum mit einem dreiphasigen Motor M gekoppelt ist.
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Das Kraftfahrzeug 4 kann z.B. ein Elektrofahrzeug 4 sein. In weiteren Ausführungsformen kann das Fahrzeug 4 auch ein Hybridfahrzeug sein, das zusätzlich zu dem dargestellten elektrischen Antriebsstrang einen herkömmlichen, nicht dargestellten, Antriebsstrang aufweist, der auf einem Verbrennungsmotor basiert.
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Das Kraftfahrzeug 4 kann z.B. ein Fahrrad, ein Motorrad, ein Auto oder dergleichen sein.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Diode D.
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Die Diode D in 5 weist einen Anodenbereich A und einen Kathodenbereich K auf, die durch die Sperrschicht SP der Diode D getrennt werden.
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Bei der Diode D ist der Anodenbereich ferner in zwei Anodenbereiche AB1, AB2 unterteilt. Dabei ist der erste Anodenbereich AB1 deutlich größer, als der zweite Anodenbereich AB2 der Diode D.
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Wird die Diode D von einem Strom durchflossen, teilt sich der Diodenstrom auf die zwei Anodenbereiche entsprechend deren Flächenverhältnis auf.
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Ist z.B. der erste Anodenbereich AB1 um den Faktor 1000 größer, als der zweite Anodenbereich AB2, so fließt durch den ersten Anodenbereich AB1 auch ein Strom, der um den Faktor 1000 größer ist, als der Strom, welcher durch den zweiten Anodenbereich AB2 fließt.
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Beträgt der Strom durch den ersten Anodenbereich AB1 z.B. 800A, so beträgt der Strom durch den zweiten Anodenbereich AB2 0,8A.
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Das Flächenverhältnis des ersten Anodenbereichs AB1 zu dem zweiten Anodenbereich AB2 kann je nach Bedarf an unterschiedliche Anwendungen angepasst werden.
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In analoger Weise kann anstelle des Anodenbereichs auch der Kathodenbereich K der erfindungsgemäßen Diode D in Kathodenflächen unterteilt sein.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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