用于在负载减少时操控有源桥式整流器的方法、整流器装置和计算机程序产品的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于在负载减少时操控具有有源开关元件的桥式整流器的方法、被设 立用于执行这种方法的整流器装置以及计算机程序产品。
【背景技术】
[0002] 为了从交流系统对直流系统馈电，可以采用不同结构方式的整流器。本申请在此 涉及有源的或受控的桥式整流器，其具有例如以已知的金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)形式的有源开关元件。在机动车车载电网中，对应于在那里通常构建的交流发电 机在六脉冲实施中经常使用桥式整流器。但是本发明以相同的方式适用于用于其他相数的 桥式整流器，例如用于五相发电机和在其他使用情景中。
[0003] 诸如在DE 10 2009 046 955 Al中所阐述的，因为有源桥式整流器相比于无源的 或不受控的桥式整流器具有较小的损耗功率，所以在机动车中所述有源桥式整流器的使用 尤其是值得期望的。
[0004] 但是，尤其是在有源桥式整流器情况下临界的故障情况是负载减少(英语：Load Dump (负载突降)）。如果在高激励的发电机和相应高的所发出的电流情况下发电机处的负 载(例如通过关断消耗器）而突然被减小并且这不通过直流电压网中的电容性地起作用的 元件(例如机动车车载电网中的电池）截获，则这种负载减少出现。
[0005] 在此情况下，在极端情况下可以通过发电机此外将能量供应到网络中直至大约 300至500ms的持续时间。所述能量必须能够在桥式整流器中被转化(消除)，以便保护后置 的电组件免受过压损害。该保护在无源的或不受控的桥式整流器情况下通常通过整流器二 极管本身进行，因为在那里损耗能量可以被转化成热量。但是在当前可获得的有源开关元 件、例如MOSFET中，不能完全模仿这些特性。因此需要附加的保护策略。
[0006] 在负载减少时，例如上部或下部整流器分支的几个或所有开关元件可能完全或暂 时被短路，如也例如在所提及的DE 10 2009 046 955 Al所讨论的那样。相应的操控信号 在此可以这样被时钟控制，使得最小的电压水平不被低于并且最大的电压水平不被超过。
[0007] 但是在一个半波内对操控信号的多次时钟控制具有缺点，因为为此对于每个相均 需要分析电路并且为了维持车载电网电压应设置相应的中间电路电容。这在发电机处的安 装地点处由于热边缘条件和所需要的抗振强度而实在难以实现。但是尤其是在分离相应的 相间短路情况下也可能出现快速的电流变化，所述电流变化与现有的线路电感组合地导致 电压峰值。由此可能损坏所连接的组件。
[0008] 因此，此外存在在负载减少时用于有源桥式整流器的改善的保护策略的需求。
【发明内容】
[0009] 以此为背景，本发明建议具有独立权利要求的特征的用于在负载减少时操控具有 有源开关元件的桥式整流器的方法、被设立用于执行这种方法的整流器装置以及计算机程 序广品。
[0010] 发明优点 本发明的一个主要方面在于，为了在负载减少时操控桥式整流器的至少一个有源开关 元件使用电压信号作为操控信号，所述电压信号具有至少一个与正常运行相比延长的开关 时间。在此在本申请的范围中将"开关时间"理解为直至操控信号从较低的第一电压值出 发升高到较高的第二电压值或者从较高的第二电压值降低到较低的第一电压值、也即相应 地(在两个方向之一上)发生了变化为止消逝的时间。在本发明的范围中因此操控信号的斜 率被改变。
[0011] 至少一个有源开关元件在负载减少时被使用用于将所施加的电压信号至少暂时 接通到地(也即如所阐述的那样"短路")。在这种相中，所使用的有源开关元件被操控，也即 被加载操控信号，所述操控信号的电压值足以经由至少一个有源开关元件建立在有源开关 元件的可切换的端子之间、例如至地的连接。相应的操控信号例如是施加给桥式整流器的 有源开关元件(例如M0SFET)的栅极的电压信号。有源开关元件的可切换的端子例如是其 漏极端子和源极端子。
[0012] 但是，除了晶体管之外，其他有源开关元件也适用于使用在本发明的范围中，前提 条件是，通过利用在第一和第二电压值之间的不同的电压值操控可以在相应的开关端子之 间产生不同的电阻值，所述开关端子可以通过有源开关元件切换。例如，可以使用至少一个 有源开关元件，其中包括在第一和第二电压值之间逐渐调整电压值的操控与在开关端子之 间的导通电阻的逐渐改变(例如线性或以数学或根据经验可求取的函数的形式）相关。
[0013] 如一般已知的，在晶体管、诸如所提及的MOSFET情况下在漏极和源极之间的导通 电阻取决于在栅极和源极之间所施加的电压。在所谓的阈电压(英语为Threshold Voltage (阈电压)）之下，经由晶体管在漏极和源极之间的连接是高欧姆性的，在该阈电压之上是低 欧姆性的。
[0014] 但是在达到阈电压时，导通电阻不突然地下降到其最小值，在所述最小值情况下 该导通电阻根据常用的语言惯用法"被接通"。这在下面也结合图4来阐明。更确切地说， 虽然当在栅极和源极之间的电压提高到阈电压之上时，电阻首先强烈地降落，但是仅降落 到处于其最小值之上的确定的值上。只有当在栅极上所施加的电压进一步被提高时，例如 提高1至2V时，才出现最小的导通电阻。
[0015] 用于在负载减少时操控有源桥式整流器的至少一个有源开关元件的操控信号的 所提及的较低的第一电压值因此优选地将近(例如0. IV)地处于阈电压之下，较高的第二电 压值处于该阈电压之上，而且处于以下值处，在所述值时，导通电阻接近其最小值。较高的 第二电压值例如可以位于导通电阻之上0. 1至2V。
[0016] 换句话说建议使用操控信号，在所述操控信号情况下在较低的第一电压(例如阈 电压）和较高的第二电压(例如以下电压，在所述电压情况下晶体管接通）之间的特定电压 范围在两个方向上不比在特定的预先给定的持续时间中更快地被经历。较低的第一电压和 较高的第二电压例如可以基于制造商说明和/或通过测量被确定。例如，较低的第一电压 通过制造商被说明为阈电压，较高的第二电压被说明为"RDS_on"或以可比的值的形式被说 明。
[0017] 该操控所基于的考虑因此是，在相应较慢的电压变化时在所述的范围中在漏极和 源极之间的导通电阻仅缓慢地变化。这尤其是在从较高的第二电压过渡到较低的第一电压 时是有利的。在相应的操控情况下，通过各自的开关元件的电流流动和从而短路最后被中 断并且电流代替地被馈入到连接到整流器上的直流电压网中。在从较低的第一电压过渡到 较高的第二电压时，短路相应地被激活。
[0018] 如果在负载减少时所述的区域分别较缓慢地被经历，则导通电阻代替如迄今突然 地那样现在渐渐地被改变。在导通电阻改变的时间中，例如在线路电感中所存储的电流可 能减少，而不出现显著的过电压(在中止短路时）或欠电压(在激活短路时)。由此可靠地避 免这样的过电压或欠电压。
[0019] 本发明操控方案在此在所提及的从较高的第二电压过渡到较低的第一电压时、也 即在中止短路时自然是特别有利的。在传统的操控情况下，现有的电感首先经常不能吸收 在该情况下经由开关元件馈入的电流，使得电压上升。即使在从较低的第一电压过渡到较 高的第二电压时(也即在激活短路时）在应用本发明方法时也得出优点。在该情况下，欠电 压被避免。电压峰值或电压降落从而通过本发明方法总计地尽可能得以避免并且不再能够 损害例如直接在整流器处所安装的电子设备、诸如调节器。
[0020] 所述的特定持续时间例如可以基于方程式认=i X di/d丨来求取。队表示在现有的 引线电感处的感应电压并且从而再现在直流电压网的标称电压或额定电压与桥式整流器 的直流电压输出端处的电压（B+)之间的所允许的电压偏移。对于例如6V的最大允许的感 应电压队和1. 5 μ H的给定的引线电感，电流升高允许为不超过4A/μ s。
[0021] 此外，可以