DE102024204812A1

DE102024204812A1 - Energieversorgungsschaltung mit zwei Eingängen

Info

Publication number: DE102024204812A1
Application number: DE102024204812.7A
Authority: DE
Inventors: Berlioz Nwafo Taka; Thomas Meyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2024-05-24
Filing date: 2024-05-24
Publication date: 2025-11-27
Also published as: CN121012405A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsschaltung (100), aufweisend einen ersten Eingangsanschluss (101), einen zweiten Eingangsanschluss (102), einen Ausgangsanschluss (103), ein erstes Schaltelement (Q2) mit einer ersten Schaltstrecke zwischen dem ersten Eingangsanschluss (101) und dem Ausgangsanschluss (102), und ein zweites Schaltelement (S3) mit einer zweiten Schaltstrecke zwischen dem zweiten Eingangsanschluss (102) und dem Ausgangsanschluss (103), wobei die Energieversorgungsschaltung (100) dazu eingerichtet ist, die erste Schaltstrecke nur dann leitend zu schalten, wenn eine Spannung an dem ersten Eingangsanschluss (101) oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts und außerdem oberhalb einer Spannung an dem Ausgangsanschluss (103) liegt, und die erste Schaltstrecke ansonsten sperrend zu schalten, und wobei die Energieversorgungsschaltung (100) ferner dafür eingerichtet ist, die zweite Schaltstrecke immer dann zeitverzögert leitend zu schalten, wenn die erste Schaltstrecke zuvor sperrend geschaltet wurde, und die zweite Schaltstrecke (S3) sperrend zu schalten, wenn die Spannung an dem ersten Eingangsanschluss (101) oberhalb des Schwellenwerts liegt.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Energieversorgungsschaltung, eine Anordnung mit einer solchen Energieversorgungsschaltung, eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine, ein elektrisches Antriebssystem und ein entsprechendes Verfahren.
Hintergrund der Erfindung
Insbesondere bei bestimmten stromversorgten Verbrauchern bzw. Lasten im Kraftfahrzeug sollte die Versorgungsspannung nach Möglichkeit nicht unterbrochen werden. Daher können für solche Verbraucher bzw. Lasten redundante Spannungsversorgungen bereitgestellt werden, bei denen eine Notversorgung im Fall einer Unterspannung an einer Hauptversorgung die Spannungsversorgung übernimmt. Hierbei sollte sichergestellt werden, dass die Notversorgung nicht in die Hauptversorgung rückspeisen kann.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden eine Energieversorgungsschaltung, eine Anordnung mit einer solchen Energieversorgungsschaltung, eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine, ein elektrisches Antriebssystem und ein entsprechendes Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die vorgeschlagene Energieversorgungsschaltung weist einen ersten Eingangsanschluss, einen zweiten Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss, ein erstes Schaltelement mit einer ersten Schaltstrecke zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss, und ein zweites Schaltelement mit einer zweiten Schaltstrecke zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss auf.
Die vorgeschlagene Energieversorgungsschaltung ist dazu eingerichtet, die erste Schaltstrecke nur dann leitend zu schalten, wenn eine Spannung an dem ersten Eingangsanschluss oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts und außerdem oberhalb einer Spannung an dem Ausgangsanschluss liegt, und die erste Schaltstrecke sonst sperrend zu schalten.
Die Begriffe „leitend“ und „sperrend“ sollen dabei jeweils so verstanden werden, dass bei einem leitenden Zustand ein sehr viel größerer Strom über die Schaltstrecke fließt als im sperrenden Zustand. Im sperrenden Zustand kann entweder gar kein Strom fließen oder nur ein Strom, der substantiell geringer ist als in dem leitenden Zustand und beispielsweise weniger als ein Zehntel, ein Hundertstel oder ein Tausendstel des Stroms im leitenden Zustand, gleiche oder vergleichbare anliegende Spannungen vorausgesetzt, fließt.
Die vorgeschlagene Energieversorgungsschaltung ist ferner dafür eingerichtet, die zweite Schaltstrecke immer dann zeitverzögert leitend zu schalten, wenn die erste Schaltstrecke zuvor sperrend geschaltet wurde, und die zweite Schaltstrecke sperrend zu schalten, wenn die Spannung an dem ersten Eingangsanschluss oberhalb des Schwellenwerts liegt.
Die vorgeschlagene Energieversorgungsschaltung ist insbesondere deshalb gegenüber nicht erfindungsgemäßen Energieversorgungsschaltungen vorteilhaft, da sie Rückströme durch das Entladen von aufgeladenen Elementen wie beispielsweise Stützkondensatoren am Ausgangsanschluss in Richtung der Hauptversorgungsspannung an dem ersten Eingangsanschluss sicher vermeidet. Zwar können in nicht erfindungsgemäßen Energieversorgungsschaltungen ggf. über entsprechende Bauelemente Wartezeiten definiert werden, die den Zweck haben, Rückströme zu verhindern. Dies ist auch weiter unten noch ausführlicher erläutert. Die Dimensionierung dieser Wartezeiten gestaltet sich aufgrund von Bauteiltoleranzen jedoch schwierig. Werden entsprechende Wartezeiten zu kurz gewählt, treten entsprechende Rückströme auf. Wählt man sie zu lang, besteht die Gefahr einer Unterspannung am Verbraucher bzw. der Last und somit eine Unterbrechung des Betriebs.
In Ausgestaltungen einer vorgeschlagenen Energieversorgungsschaltung ist eine Teilschaltung vorgesehen, die einen ersten Komparator aufweist, wobei der erste Komparator die Spannung an dem ersten Spannungseingang mit dem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht, und die einen zweiten Komparator aufweist, wobei der zweite Komparator die Spannung an dem ersten Eingangsanschluss mit der Spannung an dem Ausgangsanschluss vergleicht. Auf diese Weise kann eine Bereitstellung entsprechender Funktionen durch einfache, robuste und zuverlässige Bauteile erfolgen.
In entsprechenden Ausgestaltungen ist die Teilschaltung dafür eingerichtet, die erste Schaltstrecke nur dann leitend zu schalten, wenn die Spannung an dem ersten Spannungseingang den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und die Spannung an dem ersten Eingangsanschluss die Spannung an dem Ausgangsanschluss überschreitet.
Die Teilschaltung kann in hier vorgeschlagenen Ausgestaltungen insbesondere für ein zeitverzögertes Ausgeben einer Schaltspannung an das zweite Schaltelement eingerichtet sein, nachdem erkannt wurde, dass die Spannung an dem ersten Spannungseingang den vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Dies erlaubt die Vorgabe einer vorteilhaften Totzeit und vermeidet Kurzschlüsse.
In bestimmten Ausgestaltungen kann eine hier vorgeschlagene Energieversorgungsschaltung insbesondere einen oder mehrere Stützkondensatoren an dem Ausgangsanschluss aufweisen. Dies erlaubt eine vorteilhafte Glättung der Spannung, ohne dass Rückströme zu befürchten wären. Die Anzahl an Stützkondensatoren lässt sich aufgrund der in den vorgeschlagenen Ausgestaltungen erzielbaren höheren Schaltdynamik reduzieren.
Das erste Schaltelement kann insbesondere als Schalttransistor ausgebildet sein, beispielsweise als P-Kanal-MOSFET, wobei die Schaltstrecke zwischen Drain und Source (auch als Drain-Source-Strecke bezeichnet) ausgebildet ist. Die Schaltstrecke wird leitend geschaltet, indem an einen Gateanschluss eine ausreichende Spannung (Gatespannung) angelegt wird. Auch das zweite Schaltelement kann als ein Schalttransistor ausgebildet sein.
Eine vorgeschlagene Energieversorgungsschaltung kann insbesondere eine Diode aufweisen, die in Durchlassrichtung zwischen dem zweiten Schaltelement und dem Ausgangsanschluss angeordnet ist. Auf diese Weise können auch unerwünschte Stromflüsse aus Richtung des ersten Eingangsanschlusses in Richtung des zweiten Eingangsanschlusses sicher verhindert werden, wenn eine Bestromung über den ersten Eingangsanschluss erfolgt.
Eine Anordnung mit einer Energieversorgungsschaltung wie zuvor in unterschiedlichen Ausgestaltungen beschrieben, einer zu versorgenden Last, die mit dem Ausgangsanschluss verbunden ist, einer ersten Spannungsquelle, die mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist, und einer zweiten Spannungsquelle, die mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist, wird ebenfalls vorgeschlagen. Diese profitiert von den zuvor bezüglich unterschiedlicher Ausgestaltungen erläuterten Vorteilen in gleicher Weise. Auf die die entsprechenden Erläuterungen sei daher ausdrücklich verwiesen.
Eine vorgeschlagene Vorrichtung zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine weist einer Energieversorgungsschaltung, einen Stromrichter, der dazu ausgelegt ist, mit einer elektrischen Maschine aufweisend einen Stator und einen Rotor gekoppelt zu werden und eine elektrische Spannung zur Ansteuerung des Stators der elektrischen Maschine bereitzustellen, und eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Stromrichters, die von der Energieversorgungsschaltung mit Energie versorgt ist, auf. Eine solche Vorrichtung wird fachsprachlich auch als Inverter oder Traktionsinverter bezeichnet. Die Erfindung kann dabei vorteilhaft die Betriebsfähigkeit der Vorrichtung sicherstellen.
Insbesondere kann auch die vorgeschlagenen Anordnung als eine solche Vorrichtung bzw. ein Inverter oder Teil eines Inverters eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein, wobei die Energieversorgungsschaltung intern oder extern des Inverters, beispielsweise auf einer Leiterplatte des Inverters, ausgebildet sein kann. Hierbei steht der Begriff des Verbrauchers oder der Last für die übrigen Komponenten des Inverters. Die Versorgungsspannungen, die an den ersten und den zweiten Eingangsanschluss angelegt werden oder werden können, sind typischerweise jeweils Versorgungsspannungen der regulären Batterie und einer Hochvoltbatterie, wobei eine entsprechende Spannungsanpassung an die jeweiligen Anforderungen vorgenommen werden kann.
Ein vorgeschlagenes elektrisches Antriebssystem weist eine vorgeschlagene Vorrichtung zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor auf, die mit dem Stromrichter der Vorrichtung zur Ansteuerung der elektrischen Maschine elektrisch gekoppelt ist.
Das vorgeschlagene Verfahren zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Energieversorgungsschaltung, wie sie zuvor in unterschiedlichen Ausgestaltungen erläutert wurde, und/oder eine entsprechende Anordnung verwendet wird. Auch bezüglich Vorteilen und Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens und entsprechenden Varianten sei auf die obigen Erläuterungen ausdrücklich verwiesen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine Energieversorgungsschaltung.
2 zeigt eine Energieversorgungsschaltung gemäß einer Ausgestaltung.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockdiagramms eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform.

Ausführungsform(en) der Erfindung
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen und Ausgestaltungen werden lediglich zu dem Zweck beschrieben, den Leser beim Verständnis der beanspruchten und zuvor erläuterten Merkmale zu unterstützen. Sie stellen lediglich repräsentative Beispiele dar und sollen hinsichtlich der Merkmale vorgeschlagener Verfahren und Vorrichtungen nicht abschließend und/oder beschränkend betrachtet werden.
Es versteht sich, dass die zuvor und nachfolgend beschriebenen Vorteile, Ausführungsformen, Beispiele, Funktionen, Merkmale, Strukturen und/oder anderen Aspekte nicht als Beschränkungen des Umfangs der Ansprüche oder als Beschränkungen von Äquivalenten hierzu zu betrachten sind, und dass andere Ausführungsformen verwendet und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweichen.
Unterschiedliche Ausführungsformen können weitere zweckmäßige Kombinationen der beschriebenen Elemente, Komponenten, Merkmale, Teile, Schritte, Mittel usw. umfassen, aufweisen, aus ihnen bestehen oder im Wesentlichen aus ihnen bestehen, auch wenn solche Kombinationen hier nicht spezifisch beschrieben sind. Darüber hinaus können andere Ausgestaltungen umfasst sein, die gegenwärtig nicht beansprucht sind, die aber in Zukunft beansprucht werden könnten, insbesondere wenn sie vom Umfang der unabhängigen Ansprüche umfasst sind.
Erläuterungen, die sich auf Vorrichtungen, Apparate, Anordnungen, Systeme usw. gemäß vorgeschlagenen Ausführungsformen beziehen, können auch für Verfahren, Prozesse, Methoden usw. gemäß anderen Ausführungsformen gelten und umgekehrt. Gleiche, gleich wirkende, in ihrer Funktion einander entsprechende, baulich identisch oder vergleichbar aufgebaute Elemente, Verfahrensschritte usw. können mit identischen Bezugszeichen angegeben sein.
Die vorstehenden und nachfolgenden Erläuterungen und Definitionen können für alle oder einen Teil der hier vorgestellten Ausgestaltungen gelten, und die Erläuterung bestimmter Aspekte im Zusammenhang mit nur einem Teil oder einer der Ausgestaltungen soll keineswegs dahingehend verstanden werden, dass diese Aspekte nicht auch mit anderen oder allen Ausgestaltungen, soweit technisch möglich und sinnvoll, verwirklicht sein können.
In 1 ist eine nicht erfindungsgemäße Energieversorgungsschaltung in Form eines vereinfachten Schaltplans veranschaulicht.
Die in 1 in einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung dargestellte Energieversorgungsschaltung ist mit einem ersten Eingangsanschluss 101, an dem eine erste Eingangsspannung V_in1, insbesondere als Hauptversorgung, angelegt werden kann, einem zweiten Eingangsanschluss 102, an dem eine zweite Eingangsspannung V_in2, insbesondere als Notversorgung, angelegt werden kann, einem Ausgangsanschluss 103, an dem ein Verbraucher bzw. eine Last 50 mit einem Lastwiderstand R_load angeschlossen werden kann, einem ersten Schaltelement Q2 mit einer ersten Schaltstrecke zwischen dem ersten Eingangsanschluss 101 und dem Ausgangsanschluss 103, und einem zweiten Schaltelement S3 zwischen dem zweiten Eingangsanschluss 102 und dem Ausgangsanschluss 103 ausgebildet. Das erste Schaltelement Q2 ist in 1 als Schalttransistor in Form eines P-Kanal-MOSFET veranschaulicht, wobei die erste Schaltstrecke sich zwischen Drain D und Source S befindet.
Mittels eines Komparators 80 wird in der Energieversorgungsschaltung gemäß 1 der Eingangsanschluss 101 auf Unterspannung überwacht, insbesondere mittels eines Schwellwertvergleichs. Solange die Eingangsspannung V_in1 nicht in Unterspannung ist, bleibt das Schaltelement Q2, oder genauer die erste Schaltstrecke des ersten Schaltelements Q2, leitend. Hierzu wird das Signal ON_Q2 auf HIGH gezogen, was dazu führt, dass ein weiteres Schaltelement S1 leitend geschaltet ist. Über Widerstände R1 und R2 ergibt sich eine Spannung zwischen Gate G und Source S (die Gate-Source-Kapazität wird aufgeladen) des als Schalttransistor ausgebildeten ersten Schaltelements Q2, was das Leitendschalten der ersten Schaltstrecke des ersten Schaltelements Q2 bewirkt.
Gerät die Eingangsspannung V_in1 in Unterspannung, d.h. unterschreitet die Eingangsspannung V_in1 am Eingangsanschluss 101, insbesondere bezogen auf ein Bezugspotential wie Masse, einen vorgegebenen Schwellenwert, wird über eine Verzögerungsschaltung 90 zunächst das Schaltsignal ON_Q2 auf LOW gezogen, folglich wird das Schaltelement S1 sperrend. Ein weiteres Schaltelement S2 wird leitend und entlädt die vorher geladene Gate-Source-Kapazität, was dazu führt, dass das Schaltelement Q2, bzw. die erste Schaltstrecke des ersten Schaltelements Q2 sperrend wird.
Mit einem definierten Zeitverzug wird sodann das zweite Schaltelement S3 leitend geschaltet, um den Verbraucher bzw. die Last 50 anschließend über den Ausgangsanschluss 102 mit der an dem zweiten Eingangsanschluss 102 anliegenden zweiten Eingangsspannung V_in2 versorgen zu können. Eine entsprechende Zeitverzögerung ist deshalb erforderlich, um einen Kurzschluss zwischen dem zweiten Eingangsanschluss 102 bzw. der zweiten Versorgungsspannung V_in2 und dem ersten Eingangsanschluss 101 bzw. der ersten Versorgungsspannung V_in1 (und somit eine Stromrückspeisung vom zweiten Eingangsanschluss 102 zum ersten Eingangsanschluss 101 bzw. von V_in2 nach V_in1) zu unterbinden.
In der in 1 veranschaulichten Energieversorgungsschaltung wird also eine am ersten Eingangsanschluss 101 anliegende erste Eingangsspannung V_in1 mittels des einem Komparators 80 auf Unterspannung überwacht. Sollte V_in1 in Unterspannung gehen, so wird die erste Schaltstrecke des ersten Schaltelements Q2, d.h. die Transistorschaltstrecke des Schalttransistors, geöffnet, d.h. sperrend geschaltet, und zeitverzögert die zweite Schaltstrecke des zweiten Schaltelements S3 geschlossen, d.h. leitend geschaltet. Die Notversorgung, d.h. die an dem zweiten Eingangsanschluss 102 anliegende zweite Eingangsspannung V_in2, übernimmt somit die Spannungsversorgung des Verbrauchers bzw. der Last 50.
Erholt sich die Versorgungsspannung V_in1 am ersten Eingangsanschluss 101 von der Unterspannung, so wird das zweite Schaltelement Schalter S3 geöffnet, d.h. die zweite Schaltstrecke sperrend geschaltet, und die erste Schaltstrecke des ersten Schaltelements Q2 wieder leitend geschaltet. Die Hauptversorgung, d.h. die an dem ersten Eingangsanschluss 101 anliegende erste Eingangsspannung V_in1 übernimmt wieder die Versorgung des Verbrauchers bzw. der Last 50.
Ohne weitere Maßnahmen entsteht in dem Umschaltaugenblick (die erste Schaltstrecke des ersten Schaltelements Q2 wird leitend geschaltet und die zweite Schaltstrecke des zweiten Schaltelements S3 wird sperrend geschaltet) ein Rückstrom durch das Entladen von an dem Ausgangsanschluss 102 angeschlossenen Stützkondensatoren C1, C2 in Richtung des ersten Eingangsanschlusses 101 bzw. der ersten Eingangsspannung V_in1. Dies wird in der in 1 gezeigten Energieversorgungsschaltung durch eine Wartezeit zusammen mit dem Verlangsamen des Einschaltverhalten des Schalters Q2, d.h. eine zusätzliche Zeitverzögerung, zu verhindern versucht.
Wie erwähnt, gestaltet sich die Dimensionierung dieser Zeitverzögerung aufgrund von Bauteiltoleranzen schwierig. Wählt man sie zu kurz, kann ein Rückstrom auftreten, wählt man sie zu lang, besteht die Gefahr einer Unterspannung am Verbraucher bzw. der Last 50 und somit ggf. eine unerwünschte Unterbrechung des Betriebs.
Die Widerstände R1 und R2 stellen beim Einschalten des Schalttransistors Q2 die Spannung zwischen Gate G und Source S ein. Um das Ausschalten des Schalttransistors Q2 möglichst dynamisch zu realisieren, kann die Gate-Source-Kapazität des Schalttransistors Q2 über ein weiteres Schaltelement S2 kurzgeschlossen werden. Auf dies Weise kann die erste Schaltstrecke sehr viel rascher unterbrochen werden.
Die zuvor erläuterten Probleme werden durch eine in 2 veranschaulichte Ausgestaltung einer Energieversorgungsschaltung 100 gelöst.
Mit dieser kann eine Rückschaltung von der Notversorgung auf die Hauptversorgung, d.h. vom zweiten Eingangsanschluss 102 bzw. der zweiten Eingangsspannung V_in2 auf den ersten Eingangsanschluss 101 bzw. die erste Eingangsspannung V_in1 ohne Zeitverlust bzw. Totzeit erfolgen. Ein Rückstrom von der Notversorgung in Richtung Hauptversorgung kann jedoch dennoch sicher unterbunden werden. Durch eine Reduktion von Stützkondensatoren C1, C2 am Verbraucher bzw. der Last 50 kann in entsprechenden Ausgestaltungen eine Kostenersparnis bewirkt werden, da das System schneller reagiert.
Eine entsprechende Ausgestaltung kann wie gemäß 1 unter Verwendung eines P-Kanal-MOSFET als erstem Schaltelement Q2 realisiert werden. Es ist eine Teilschaltung 110 mit einem ersten Komparator vorgesehen, der in 2 mit 10 bezeichnet ist. Ein zweiter Komparator ist mit 20 bezeichnet.
Wie gemäß 1 kann mittels des ersten Komparators 10 auch hier die Hauptversorgung bzw. der erste Eingangsanschluss 101 und dessen erste Eingangsspannung V_in1 auf Unterspannung überwacht werden. Sollte der erste Eingangsanschluss 101 bzw. die erste Eingangsspannung V_in1 in Unterspannung gehen, so wird das erste Schaltelement Q2 über das Signal ON_Q2 wie zu 1 erläutert, geöffnet, d.h. die erste Schaltstrecke wird sperrend geschaltet.
Zeitverzögert kann das zweite Schaltelement S3 (über das Signal ON_S3) geschlossen, d.h. die zweite Schaltstrecke sperrend geschaltet werden. Die Notversorgung, d.h. die über den zweiten Eingangsanschluss 102 anliegende zweite Eingangsspannung V_in2, übernimmt somit die Spannungsversorgung des Verbrauchers bzw. der Last 50. Die Stützkondensatoren C1, C2 am Verbraucher bzw. an der Last 50 sind auf den Spannungspegel der zweiten Eingangsspannung V_in2 am zweiten Eingangsanschluss 102 aufgeladen.
Erholt sich die erste Eingangsspannung V_in1 am ersten Eingangsanschluss 101 von der Unterspannung, so wird das zweite Schaltelement S3 (über das Signal ON_S3) geöffnet, d.h. die zweite Schaltstrecke sperrend geschaltet. Gleichzeitig wird ein Signal zur Leitendschaltung der ersten Schaltstrecke des ersten Schaltelements Q2 (über das Signal ON_Q2) ausgegeben. Das Einschalten bzw. Leitendschalten der ersten Schaltstrecke des ersten Schaltelements Q2 wird jedoch durch den zweiten Komparator 2 so lange unterbunden, so lange die Stützkondensatoren C1, C2 am Ausgangsanschluss 103 noch auf den Spannungspegel der zweiten Eingangsspannung V_in2 aufgeladen sind.
Die erste Schaltstrecke des ersten Schaltelements Q2 bleibt somit solange unterbrochen, bis diese Stützkondensatoren C1, C2 sich langsam auf ein Spannungslevel kleiner als die erste Eingangsspannung V_in1 entladen haben. Erst dann wird die erste Schaltstrecke des ersten Schaltelements Q2 leitend geschaltet. Das Entladen der Stützkondensatoren C1 und C2 geschieht daher ausschließlich über den Verbraucher bzw. die Last 50 und nicht über die erste Schaltstrecke des ersten Schaltelements Q2 in die Hauptversorgung bzw. den ersten Eingangsanschluss. Die Hauptversorgung übernimmt schließlich wieder die Versorgung des Verbrauchers bzw. der Last 50.
Die Umschaltung von der Hauptversorgung auf die Notversorgung und umgekehrt geschieht ohne Zeitverzögerung (eine Verzögerungsschaltung kann entfallen). Allerdings ist eine kurze Verzögerung zwischen dem Sperrendschalten der ersten Schaltstrecke und dem Leitendschalten der zweiten Schaltstrecke vorgesehen. Diese ist allerdings sehr viel kürzer als die Verzögerung wie sie im Zusammenhang mit 1 beschrieben ist, und einfacher bestimmbar. Dies ermöglich, dass die Anzahl an Stützkondensatoren C1, C2 am Verbraucher bzw. an der Last 50 reduziert werden kann und trotzdem keine Unterbrechung des Betriebs durch eine Unterspannung entsteht. Hierdurch wird die gesamte Reaktionszeit des Systems kürzer.
Dadurch, dass der zweite Komparator 20 die Spannung über die erste Schaltstrecke, d.h. die Spannung zwischen dem ersten Eingangsanschluss 101 und dem zweiten Eingangsanschluss 102, ständig überwacht wird, „weiß“ dieser Komparator 20 immer, wann er die erste Schaltstrecke leitend bzw. sperrend zu schalten hat. Immer dann, wenn im Beispiel die Source-Spannung des Schalttransistors kleiner als die Drain-Spannung ist, wird die Schaltstrecke des Schalttransistors eingeschaltet bzw. leitend geschaltet. Dies bleibt der Fall, bis die Spannung an Source grösser wird als die Spannung an Drain. Die Widerstände R1 und R2 stellen beim Einschalten des Schalttransistors die Gate-Source-Spannung ein. Wenn die Source-Spannung grösser als die Drain-Spannung wird, wird die Schaltstrecke des Schalttransistors von dem zweiten Komparator 2 ausgeschaltet. Der Schalttransistor bleibt ausgeschaltet, bis die Spannung an der Source kleiner wird als die Spannung an dem Drain.
Der zweite Komparator 20 überwacht also eine zwischen dem ersten Eingangsanschluss 101 und dem Ausgangsanschluss 102, d.h. zwischen Drain D und Source S, anliegende Spannung, und nimmt eine geeignete Ansteuerung vor. Hiermit wird sichergestellt, dass ein Rückstrom von der Notversorgung in Richtung Hauptversorgung, d.h. vom zweiten Eingangsanschluss 102 zum ersten Eingangsanschluss 101, unterbunden wird.
Insgesamt ist die in 2 dargestellte Energieversorgungsschaltung 100 also dazu eingerichtet, die erste Schaltstrecke nur dann leitend zu schalten, wenn eine Spannung an dem ersten Eingangsanschluss 101 oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts und außerdem oberhalb einer Spannung an dem Ausgangsanschluss 103 liegt, und die erste Schaltstrecke sonst sperrend zu schalten, wobei die Energieversorgungsschaltung 100 ferner dafür eingerichtet ist, die zweite Schaltstrecke des zweiten Schaltelements S3 immer dann zeitverzögert leitend zu schalten, wenn die erste Schaltstrecke zuvor sperrend geschaltet wurde, und die zweite Schaltstrecke des zweiten Schaltelements S3 leitend zu schalten, wenn die Spannung an dem ersten Eingangsanschluss 101 unterhalb des Schwellenwerts liegt.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds eines elektrischen Antriebssystems 1 mit einer Vorrichtung 3 zum Ansteuern einer elektrischen Maschine 6. Das elektrische Antriebssystem 1 umfasst eine elektrische Maschine 6 mit einem Stator, der von einem Stromrichter 4 (sog. Inverter) gespeist werden kann, und einem Rotor. Hierzu kann der Stromrichter 4 beispielsweise von einer Gleichspannungsquelle wie einer Batterie 2 oder ähnlichem gespeist werden. Das hier dargestellte Beispiel einer dreiphasigen elektrischen Maschine 6 dient nur dem besseren Verständnis und stellt dabei keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung dar. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige elektrische Maschinen 6 mit einer von drei abweichenden Anzahl von elektrischen Phasen möglich. Beispielsweise kann es sich auch um eine fünf- oder sechsphasige elektrische Maschine 6 oder um eine elektrische Maschine 6 mit einer beliebigen anderen Anzahl von Phasen handeln.
Zur Ansteuerung des Stators der elektrischen Maschine 6 kann der Stromrichter 4 die von der Batterie 2 bereitgestellte Gleichspannung in eine geeignete Wechselspannung konvertieren. Im Falle einer dreiphasigen elektrischen Maschine 6 kann der Stromrichter 4 beispielsweise die Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung umwandeln. Hierbei können insbesondere die Amplitude der Wechselspannung und/oder der Wert des Ausgangsstroms vom Stromrichter 4 zu den Statorwicklungen (Phasen) der elektrischen Maschine 6 auf Grundlage eines vorgegebenen Sollwertes S eingestellt werden.
Beispielsweise kann es sich bei dem Stromrichter 4 um einen Stromrichter mit mehreren Halbbrückenschaltungen handeln. Insbesondere kann der Stromrichter 4 für jede Phase der elektrischen Maschine 6 mindestens eine Halbbrückenschaltung mit zwei Halbleiterschaltern aufweisen. So kann der Stromrichter 4 für eine dreiphasige elektrische Maschine 6 beispielsweise eine B6-Topologie mit sechs Halbleiterschaltern aufweisen. Die Halbleiterschalter des Stromrichters 4 können dabei unter Verwendung der Sollwertvorgabe S von der Steuereinrichtung 5 mittels geeigneter Steuersignale angesteuert werden. Hierbei kann die Steuereinrichtung 5 beispielsweise für jeden Halbleiterschalter des Stromrichters 4 ein Steuersignal bereitstellen, um den entsprechenden Halbleiterschalter zu öffnen oder zu schließen. Dabei erfolgt die Ansteuerung eines oberen Halbleiterschalters einer Halbbrücke komplementär zu der Ansteuerung des korrespondierenden unteren Halbleiterschalters.
Die Steuereinrichtung 5 stellt insbesondere eine Last 50 dar, die von einer Energieversorgungsschaltung 100 versorgbar ist, so dass die Betriebsfähigkeit der Steuereinrichtung 5 und damit des gesamten Antriebssystems 1 und der elektrischen Maschine 6 sichergestellt ist.

Claims

Energieversorgungsschaltung (100), aufweisend einen ersten Eingangsanschluss (101), einen zweiten Eingangsanschluss (102), einen Ausgangsanschluss (103), ein erstes Schaltelement (Q2) mit einer ersten Schaltstrecke zwischen dem ersten Eingangsanschluss (101) und dem Ausgangsanschluss (103), und ein zweites Schaltelement (S3) mit einer zweiten Schaltstrecke zwischen dem zweiten Eingangsanschluss (102) und dem Ausgangsanschluss (103), wobei die Energieversorgungsschaltung (100) dazu eingerichtet ist, die erste Schaltstrecke nur dann leitend zu schalten, wenn eine Spannung an dem ersten Eingangsanschluss (101) oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts und außerdem oberhalb einer Spannung an dem Ausgangsanschluss (103) liegt, und die erste Schaltstrecke ansonsten sperrend zu schalten, und wobei die Energieversorgungsschaltung (100) ferner dafür eingerichtet ist, die zweite Schaltstrecke immer dann zeitverzögert leitend zu schalten, wenn die erste Schaltstrecke zuvor sperrend geschaltet wurde, und die zweite Schaltstrecke (S3) sperrend zu schalten, wenn die Spannung an dem ersten Eingangsanschluss (101) oberhalb des Schwellenwerts liegt.
Energieversorgungsschaltung (100) nach Anspruch 1, mit einer Teilschaltung (110), die einen ersten Komparator (10) und einen zweiten Komparator (20) aufweist, wobei der erste Komparator (10) dazu eingerichtet ist, die Spannung an dem ersten Spannungseingang (101) mit dem Schwellenwert zu vergleichen, und der zweite Komparator (20) dazu eingerichtet ist, die Spannung an dem ersten Eingangsanschluss (101) mit der Spannung an dem Ausgangsanschluss (103) zu vergleichen.
Energieversorgungsschaltung (100) nach Anspruch 2, wobei die Teilschaltung (110) dafür eingerichtet ist, die erste Schaltstrecke nur dann leitend zu schalten, wenn die Spannung an dem ersten Spannungseingang (101) den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, und wenn außerdem die Spannung an dem ersten Eingangsanschluss (101) die Spannung an dem Ausgangsanschluss (103) überschreitet.
Energieversorgungsschaltung (100) nach Anspruch 3, wobei die Teilschaltung (110) dazu eingerichtet ist, eine Schaltspannung an das zweite Schaltelement (S3) zeitverzögert auszugeben, wenn erkannt wird, dass die Spannung an dem ersten Spannungseingang (101) den vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
Energieversorgungsschaltung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die einen oder mehrere Stützkondensatoren (C1, C2) an dem Ausgangsanschluss (102) aufweist.
Energieversorgungsschaltung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Schaltelement (Q2) als Schalttransistor ausgebildet ist, wobei die erste Schaltstrecke zwischen Drain und Source des Schalttransistors ausgebildet ist und leitend geschaltet wird, indem an einen Gateanschluss eine geeignete Spannung angelegt wird.
Energieversorgungsschaltung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die eine Diode (D1) aufweist, die in Durchlassrichtung zwischen dem ansteuerbaren Schalter (S3) und dem Ausgangsanschluss (103) angeordnet ist.
Anordnung mit einer Energieversorgungsschaltung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, einer zu versorgenden Last (30), die mit dem Ausgangsanschluss (103) verbunden ist, einer ersten Spannungsquelle, die mit dem ersten Eingangsanschluss (101) verbunden ist, und einer zweiten Spannungsquelle, die mit dem zweiten Eingangsanschluss (102) verbunden ist.
Vorrichtung (3) zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine (6), mit: einer Energieversorgungsschaltung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, einem Stromrichter (4), der dazu ausgelegt ist, mit einer elektrischen Maschine (6) aufweisend einen Stator und einen Rotor gekoppelt zu werden und eine elektrische Spannung zur Ansteuerung des Stators der elektrischen Maschine (6) bereitzustellen, und einer Steuereinrichtung (5) zur Ansteuerung des Stromrichters (4), die von der Energieversorgungsschaltung (100) mit Energie versorgt ist.
Elektrisches Antriebssystem (1), mit: einer Vorrichtung (3) zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine (6) nach Anspruch 9, und einer elektrischen Maschine (30) mit einem Stator und einem Rotor, die mit dem Stromrichter (4) der Vorrichtung (1) zur Ansteuerung der elektrischen Maschine (6) elektrisch gekoppelt ist.
Verfahren zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung, bei dem eine Energieversorgungsschaltung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder eine Anordnung gemäß Anspruch 8 verwendet wird.