WO2020126796A1

WO2020126796A1 - Verfahren zum ansteuern von halbleitern

Info

Publication number: WO2020126796A1
Application number: PCT/EP2019/084826
Authority: WO
Inventors: Jürgen Ditterich; Herbert Eder
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2020-06-25
Anticipated expiration: 2021-06-18
Also published as: US20220052598A1; US11909304B2; CN113228512A; CA3123733A1; EP3672078A1; EP3861636A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Vielzahl von Halbleitern (1) durch eine Regelungseinheit (2), wobei zwischen der Regelungseinheit (2) und den Halbleitern (1) eine Signalleitung (3) angeordnet ist, wobei über die Signalleitung (3) ein Protokoll (11) zur Ansteuerung der Halbleiter (1) übertragen wird. Zur Verbesserung der Übertragung von Signalen von der Regelungseinheit zum Stromrichter hinsichtlich der Übertragungssicherheit wird vorgeschlagen, dass über die Signalleitung (3) zusätzlich ein Lebendsignal (12) übertragen wird, wobei bei Ausbleiben des Lebendsignals (12) die Halbleiter (1) abgeschaltet werden. Weiter betrifft die Erfindung eine Halbleiterschaltung (5), aufweisend eine Vielzahl von Halbleitern (1) mit jeweils einer Treiberschaltung (4) und eine Regelungseinheit (2), wobei zwischen der Regelungseinheit (2) und den Halbleitern (1) eine Signalleitung (3) angeordnet ist, wobei die Signalleitung (3) zur Übertragung eines Protokolls (11) für die Ansteuerung der Halbleiter (1) eingerichtet ist, wobei die Signalleitung (3) zusätzlich zur Übertragung eines Lebendsignals (12) eingerichtet ist, wobei die Treiberschaltung derart eingerichtet ist, dass bei Ausbleiben des Lebendsignals (12) die Halbleiter (1) mittels der jeweiligen Treiberschaltung (4) abgeschaltet werden. Die Erfindung betrifft weiter einen Stromrichter (20,21), insbesondere einen modularen Stromrichter (21), ein Fahrzeug (30) sowie eine Windenergieanlage (40) mit einem derartigen Stromrichter (20).

Description

Beschreibung

Verfahren zum Ansteuern von Halbleitern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Vielzahl von Halbleitern durch eine Regelungseinheit, wobei zwischen der Regelungseinheit und den Halbleitern eine Sig nalleitung angeordnet ist, wobei über die Signalleitung ein Protokoll zur Ansteuerung der Halbleiter übertragen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Halbleiterschaltung mit einer Vielzahl von Halbleitern mit jeweils einer Treiber schaltung und einer Regelungseinheit, wobei zwischen der Re gelungseinheit und den Halbleitern eine Signalleitung ange ordnet ist, wobei über die Signalleitung ein Protokoll zur Ansteuerung der Halbleiter übertragbar ist. Die Erfindung be trifft weiter einen Stromrichter mit einer derartigen Halb leiterschaltung. Weiter betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem derartigen Stromrichter sowie eine Windenergieanla ge mit einem derartigen Stromrichter.

Um den Verdrahtungsaufwand innerhalb einer Halbleiterschal tung oder eines Stromrichters zu optimieren, wird zwischen der Regelungseinheit und den Halbleitern von einem parallelen Ansteuerverfahren auf ein serielles Ansteuerverfahren gewech selt. Während das parallele Ansteuerverfahren für jeden anzu steuernden Halbleiter jeweils eine Einzelansteuerleitung be nötigt wird, werden diese Informationen bei dem seriellen An steuerverfahren auf nur einer Leitung gebündelt und mittels eines Protokolls, auch als Telegramm bezeichnet, übertragen. Die Halbleiter weisen dabei jeweils eine Treiberschaltung auf, die das für sie betreffende Signal, insbesondere bezüg lich der Ansteuerung, d.h. Einschalten oder Ausschalten, aus wertet und am Halbleiter umsetzt.

Um die Halbleiter eines Stromrichters anzusteuern können bei spielsweise optimierte Pulsmuster eingesetzt werden. Bei die sen optimierten Pulsmuster werden die SchaltZeitpunkte für die Halbleiter unter Verwendung von Optimierungskriterien im Vorfeld für die nächste Periodendauer der Grundschwingung der Ausgangswechselspannung des Stromrichters berechnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Übertragung von Signalen von der Regelungseinheit zum Stromrichter hinsicht lich der Übertragungssicherheit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ansteuern einer Vielzahl von Halbleitern durch eine Regelungseinheit dadurch gelöst, dass zwischen der Regelungseinheit und den Halblei tern eine Signalleitung angeordnet ist, wobei über die Sig nalleitung ein Protokoll zur Ansteuerung der Halbleiter über tragen wird, wobei über die Signalleitung zusätzlich ein Le bendsignal übertragen wird, wobei bei Ausbleiben des Lebend signals die Halbleiter abgeschaltet werden. Ferner wird diese Aufgabe durch eine Halbleiterschaltung, aufweisend eine Viel zahl von Halbleitern mit jeweils einer Treiberschaltung und eine Regelungseinheit dadurch gelöst, dass zwischen der Rege lungseinheit und den Halbleitern eine Signalleitung angeord net ist, wobei über die Signalleitung ein Protokoll zur An steuerung der Halbleiter übertragbar ist, wobei über die Sig nalleitung zusätzlich ein Lebendsignal übertragbar ist, wobei bei Ausbleiben des Lebendsignals die Halbleiter mittels der jeweiligen Treiberschaltung abschaltbar sind. Diese Aufgabe wird weiter durch einen Stromrichter mit einer derartigen Halbleiterschaltung dadurch gelöst, dass die Halbleiter oder zumindest ein Teil der Halbleiter in einer Brückenschaltung angeordnet sind. Ferner wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug mit einem derartigen Stromrichter sowie durch eine Windener gieanlage mit einem derartigen Stromrichter gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Übertragungssicherheit dadurch verbessern lässt, wenn ein Ausfall oder eine Störung der Signalübertragung der Signal übertragung zuverlässig und schnell erkannt wird. Üblicher- weise wird eine Störung dann erkannt, wenn das Protokoll bzw. Telegramm ausgewertet wird. Dabei kann das Protokoll derart aufgebaut sein, Fehler in der Übertragung zu erkennen. Ein Beispiel für ein derartiges Telegramm ist eine CRC Kodierung. Durch die Verwendung von Telegrammen entstehen allerdings zur Bildung der Schaltinformation in der Halbleiterschaltung bzw. im Stromrichter Verzugszeiten, die eben auch auf ggf. erfor derliche Schutzabschaltungen (detektiert und ausgeführt durch die Regelungseinheit) wirken. Dadurch ist ein ausreichendes Schutzkonzept des Umrichters nicht mehr gewährleistet, da SchutzabschaltZeiten zwischen ein und zwei Telegrammlängen entstehen. Die Fehlererkennungszeit bzw. die Anforderung zur Abschaltung der Halbleiter durch die Regelungseinheit als Schutzeingriff liegt damit in der Größenordnung von 5 ps bis 10 ps . In dieser Zeit können bereits Ströme in der Halb leiterschaltung bzw. im Stromrichter entstehen, die zur Be schädigung oder Zerstörung des Halbleiters bzw. Stromrichters führen .

Zur Lösung dieses Problems wird daher den seriellen Telegram men zur Ansteuerung der Halbleiter auf derselben Signallei tung durch die Regelungseinheit ein Lebendsignal überlagert. Dies wird auf der Treiberschaltung des Halbleiters permanent auf Ausbleiben überwacht. Wenn es nicht mehr vorhanden ist, erfolgt ein Abschalten der Halbleiter durch die Treiberschal tung. Dabei kann es sich um einen Schutzeingriff oder ein be trieblich gewolltes schnelles Abschalten der Halbleiter han deln .

Besonders vorteilhaft sind dieses Verfahren und diese Anord nung für einen Stromrichter. In einem Stromrichter sind Halb leiter angeordnet, die eine bestimmte Regelungsaufgabe haben. Dazu sind zumeist mehrere Halbleiter in einem Stromrichter angeordnet und werden durch die Regelungseinheit angesteuert. Durch die Verwendung des Protokolls lässt sich der Verdrah tungsaufwand zum Teil deutlich reduzieren. Gerade bei der Verwendung von Lichtwellenleitern reduziert sich die Empfind lichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen. Diese sind aufgrund der großen Ströme und schnellen Schalthandlungen in einem Stromrichter besonders hoch. Durch die Verwendung des Protokolls, insbesondere in Kombination mit einem Lichtwel lenleiter, lässt sich die Zuverlässigkeit des Stromrichters deutlich erhöhen.

Darüber hinaus ist die Anwendung des Verfahrens sowie diese Anordnung besonders vorteilhaft für einen modularen Aufbau des Stromrichters. Damit ist beispielsweise ein Stromrichter gemeint, der mehrere Stromrichtermodule in einer Reihenschal tung, angeordnet hat oder ein redundanter Stromrichter, der beispielsweise mehrere Zwischenkreise aufweist. Durch die An steuerung der einzelnen Stromrichtermodule mittels Lichtwel lenleiter können unterschiedliche elektrische Potentiale, auf denen sich die Module aufgrund der Reihenschaltung befinden, einfach beherrscht werden. Gleichzeitig ist der Aufbau unemp findliche gegenüber elektromagnetischen Störungen. Des Weite ren kann darüber hinaus sowohl über das Lebendsignal die Funktionsfähigkeit der Datenübertragung sichergestellt und der Eingriff von Schutzfunktionen realisiert werden.

Diese Vorteile ergeben sich nicht nur bei modularen Strom richtern, die eine Reihenschaltung von Stromrichtermodulen aufweisen, sondern auch bei redundanten Stromrichtern, deren Stromrichtermodule oftmals galvanisch getrennt aufgebaut sind, eine Wechselwirkung eines Fehlers in einem Strom richtermodul auf ein anderes Stromrichtermodul zu verhindern. Als Beispiel hierfür dient der Antrieb eines Fahrzeugs, ins besondere eines elektrisch angetriebenen Busses oder Schie nenfahrzeugs. Eine Potentialverschleppung zwischen den redun danten Teilsystemen kann bei den oben genannten weiteren Vor teilen zuverlässig verhindert und damit ein zuverlässiger Be trieb sichergestellt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zum Initiieren eines Schutzeingriffs die Übertragung des Lebend signals durch die Regelungseinheit abgeschaltet. Ein von der Regelungseinheit zu initiierender Schutzeingriff wirkt dann ebenfalls direkt auf das Lebendsignal. Das Lebendsignal wird dann nicht mehr über die Signalleitung übertragen. Dies er kennt die Treiberschaltung des Halbleiters, so dass die Halb leiter unmittelbar abgeschaltet werden. Damit sind schnelle Schutzreaktionszeiten realisierbar, die mit denen der Einzel- ansteuerung vergleichbar sind. Der Anteil an Fehlerreaktions zeit durch die Kommunikation zwischen Regelungseinheit und Treiberschaltung wird damit auf die Größenordnung von 200 ns reduziert, mit der ein zuverlässiger Schutz der Halbleiter schaltung bzw. des Stromrichters sichergestellt werden kann.

Auf diese Weise ist es möglich, Signale zur Ansteuerung der Halbleiter auf einer Signalleitung zu bündeln und gleichzei tig einen schnellen Schutz zu realisieren. Der Schutzeingriff ergibt sich dabei direkt von der Regelungseinheit initiiert, durch Abschalten des Lebendsignals oder durch einen Fehler in der Übertragung, beispielsweise durch Kabelbruch der Signal leitung .

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Lebendsignal zyklisch oder dauerhaft übertragen. Da mit der Empfänger, also der Halbleiter, genau weiß, wann ein Lebendsignal zu erwarten ist, um bei Ausbleiben eine Schutz abschaltung zu erwirken, ist es vorteilhaft, wenn das Le bendsignal zyklisch oder dauerhaft übertragen wird. Damit sind die Zeitpunkte, an denen ein Lebendsignal von der Trei berschaltung erwartet wird, bekannt und eine Schutzabschal tung kann besonders schnell erfolgen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Lebendsignal als Manchester Code übertragen. Der Manchester-Code ist eine besonders einfache Kodierung, mit der ein Lebendsignal auf einer Signalleitung generiert werden kann. Entsprechende Baugruppen sind günstig am Markt verfüg bar, so dass der Gewinn durch die Reduktion der Hardwarever drahtung nur unwesentlich durch die Baugruppen zur Generie rung des Manchester-Codes verringert wird. Somit kann eine Kostenreduktion bei der Herstellung der Halbleiterschaltung bzw. des Stromrichters erzielt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Manchester-Codierung auch in die Hard ware der Regelungseinheit und der Treiberschaltung oder eines Umsetzers integriert werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Signalleitung als Lichtwellenleiter oder Bussystem ausgebildet. Sowohl Lichtwellenleiter als auch Bussystem stellen einfache und am Markt befindliche Lösungen zur Bünde lung von Signalen dar. Diese können auf einfache Weise in die Halbleiterschaltung bzw. den Stromrichter integriert werden. Darüber hinaus bietet der Lichtwellenleiter zusätzlich noch den Vorteil der Potentialtrennung . Diese ist gerade für die Halbleiterschaltung bzw. Stromrichter mit einer Zwischen kreisspannung von mindestens 1500 V von Vorteil. Durch die Verwendung des Lichtwellenleiters ist eine Potentialver schleppung ausgeschlossen. Es wird zuverlässig verhindert, dass damit die Regelungseinheit mit unzulässig hohen Spannun gen beaufschlagt wird. Da die Regelungsbaugruppe oftmals mit Bedienelementen elektrisch verbunden ist, wird damit auch die Beaufschlagung von unzulässig hohen Spannungen auf das Bedie nelement verhindert und ein hinreichender Berührschutz si chergestellt. Dieser Berührschutz dient zur Vermeidung von Personenschäden .

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bilden die Halbleiter einen Stromrichter, wobei das Schalten der Halbleiter des Stromrichters mittels optimierter Pulsmus ter erfolgt. Bei optimierten Pulsmustern werden zu Beginn oder vor Beginn einer Grundschwingungsperiode der Ausgangs spannung die SchaltZeitpunkte innerhalb dieser Grundschwin gungsperiode im Vorfeld berechnet, d.h. vorherbestimmt. Damit stehen die SchaltZeitpunkte für die Zukunft bereits fest. Diese können in das Protokoll aufgenommen und übertragen wer den. Damit spielt die Übertragungsdauer des Protokolls keine wesentliche Rolle mehr. Anders ausgedrückt, muss bei der Ver wendung von optimierten Pulsmustern im Gegensatz zur Schalt zeitbestimmung mittels Trägerverfahren keine Zeit für die Übertragung der Daten vorgesehen werden, mit der das System den berechneten Werten hinterherläuft. Mit anderen Worten er lauben die optimierten Pulsmuster eine sofortige Umsetzung des Antriebsverhalten an die Halbleiter trotz im Vergleich zur drahtbasierten Ansteuerung deutlich längeren Übertra gungszeiten. Die Verwendung der optimierten Pulsmuster in Kombination mit der Protokollübertragung erlaubt eine syn chrone Ansteuerung der Halbleiter. D.h. es ist kein zeitli cher Versatz aufgrund der längeren Übertragungsdauer an den Halbleitern vorhanden. Somit ist dieses Verfahren besonders vorteilhaft für die Verwendung von optimierten Pulsmustern, da für diesen Fall zukünftige Schaltinformationen bereits im Vorfeld durch die Regelungseinheit berechnet werden und dann bereits zu einer gewissen Zeit vor dem Durchführen der

Schalthandlungen bestimmt und in das Protokoll abgelegt wer den .

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschreiben und er läutert. Es zeigen:

FIG 1 den Aufbau der Halbleiterschaltung,

FIG 2 die zeitliche Reaktion bei der Übertragung eines

Schutzeingriffs ohne Lebendsignal,

FIG 3 die zeitliche Reaktion bei der Übertragung eines

Schutzeingriffs mit Lebendsignal,

FIG 4 ein Fahrzeug mit einer derartigen Halbleiterschal

tung,

FIG 5 eine Windenergieanlage mit einer derartigen Halb

leiterschaltung,

FIG 6 einen modularen Stromrichter mit einer Reihenschal tung von Stromrichtermodulen und

FIG 7 einen modularen Stromrichter mit redundant angeordne ten Stromrichtermodulen.

Die FIG 1 zeigt den Aufbau einer Halbleiterschaltung 5. Diese weist eine Regelungseinheit 2 und eine Vielzahl von Halblei tern 1 auf. Die Regelungseinheit 2 ist über eine Signallei- tung 3 mit den Halbleitern 1 verbunden. Über die Signallei tung 3 werden Ansteuersignale 13, d.h. Schaltinformationen für die einzelnen Halbleiter 1, an die Halbleiter 1 übertra gen. Diese Signale werden in einer Treiberschaltung 4 aufge nommen und in Ansteuerimpulse für das schaltende Element des Halbleiters 1 umgesetzt. Die Ansteuersignale 13 werden, um eine separate Leitung für jeden Halbleiter 1 zu vermeiden, gebündelt in einem Protokoll 11 über nur eine Signalleitung 3 übertragen. Die Darstellung der Ansteuersignale 13 und des Protokolls 11 erfolgt mit den Bezugszeichen in den folgenden Figuren. Bei der Signalleitung 3 kann es sich beispielsweise um eine Lichtwellenleitung oder eine Kupferleitung handeln. Bei einer Kupferleitung ist vorteilhafterweise jeweils ein Leitungspaar vorzusehen, damit Hin- und Rückstrom fließen können, bzw. eine definierte Spannung zwischen den beiden Po tentialen des Leitungspaares anliegt. Um die Signale, d.h. das Protokoll 11, auf die einzelnen Halbleiter 1 aufzuteilen, ist, vorzugsweise in räumlicher Nähe zu den Halbleitern 1, ein Umsetzer 10 vorhanden. Dieser kann auch beispielsweise ein optisches Signal in ein elektrisches Signal umsetzen. Ebenso kann, allerdings nicht notwendigerweise, auch schon eine Auswertung des Protokolls 11 zumindest teilweise im Um setzer 10 erfolgen.

Die FIG 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Wirkung der Sig nalübertragung von der Regelungseinheit 2 zu den Halbleitern 1. Solange das Betriebssignal 14 anliegt, in diesem Beispiel als ein High Pegel dargestellt, sendet die Regelungseinheit 2 Protokolle 11 mit der Information zu den Schalthandlungen über die Signalleitung 3 an die Treiberschaltung 4 der Halb leiter 1. Die Treiberschaltung 4 wertet diese aus und wandelt diese in Ansteuersignale 13 für das schaltende Element der jeweiligen Halbleiter 1, in diesem Fall drei Halbleiter 1, um. Sollen nun die Halbleiter 1 zum Zeitpunkt, der mit dem Blitz gekennzeichnet ist, alle abgeschaltet werden, sei es aus einer betrieblichen Anforderung oder aufgrund einer

Schutzreaktion, so wird diese Information in das Protokoll 11 aufgenommen. Diese Protokolle 11 sind dunkel gekennzeichnet. Es kann allerdings erst in das erste Protokoll 11 vollständig aufgenommen werden, dass der Anforderung zur Abschaltung folgt. Erst nach der Auswertung des entsprechenden Protokolls durch die Treiberschaltung kann diese Information an die An steuersignale 13 für die schaltenden Elemente der Halbleiter 1 ausgeführt werden. Damit ergibt sich für die Abschaltung der Halbleiter 1, insbesondere für eine entsprechende Schutz reaktion, eine Zeitdauer Ati von Beginn der Abschaltung bis zur Ausführung. Diese liegt in der Größenordnung von bis zu zwei Protokolllängen und entspricht üblicherweise eine Zeit dauer von 5ps bis 10ps.

Die FIG 3 zeigt einen ähnlichen Verlauf, der sich bei der Verwendung eines Lebendsignals 12 ergibt. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die Beschreibung zur FIG 2 sowie auf die dort eingeführten Bezugszeichen verwiesen. Auch hier kennzeichnet das Betriebssignal 14 den Zeitpunkt zur Anforde rung zum Abschalten der Halbleiter 1. Zu diesem Zeitpunkt wird das Lebendsignal 12 abgeschaltet. Das Lebendsignal ist, wie durch das Rechtecksignal dargestellt, Teil des Protokolls 11. Die Protokolle 11 werden nicht nur nach vollständiger Übertragung ausgewertet, wie durch die dicken Pfeile darge stellt, sondern kontinuierlich oder in kurzen Zeitabständen von weniger als lps, besonders vorteilhaft in der Größenord nung von 100ns, auf das Vorhandensein des Lebendsignals 12 hin überprüft. Sobald es nicht mehr im Protokoll vorhanden ist, d.h. bei Ausbleiben des Lebendsignals, werden die Halb leiter 1 direkt abgeschaltet. Dies führt zu einer Reaktions zeit Dt2, die in der Größenordnung der Zeitabstände bei der Überprüfung des Lebendsignals liegt. Um eine besonders siche re und zuverlässige Abschaltung zu gewährleisten, kann auch erst bei Ausbleiben zweier oder allgemein einer vorher fest gelegten Anzahl von Schaltflanken abgeschaltet werden. Somit führen Fehler in der Signalübertragung nicht zu einem unge wollten Abschalten der Halbleiter 1 der Halbleiterschaltung 5. Mit diesem Lebendsignal 12 ist eine Reaktionszeit D0₂ von ca. 200ns realisierbar. Damit kann die Halbleiterschaltung 5 oder ein Stromrichter 20 zuverlässig vor hohen Strömen, die im Fehlerfall entstehen können, geschützt werden, indem die Halbleiter mit nur geringem Zeitverzug abgeschaltet werden.

An diesem Zeitablauf ist einfach zu erkennen, dass dieses Verfahren besonders vorteilhaft für die Verwendung von opti mierten Pulsmustern ist, da für diesen Fall zukünftige Schal tinformationen bereits im Vorfeld durch die Regelungseinheit 2 berechnet werden und in der Regelungseinheit 2 zur Verfü gung stehen. Diese können dann bereits zu einem Zeitpunkt vor dem Ausführen der Schalthandlung durch die Regelungseinheit 2 in das Protokoll 11 aufgenommen werden. Nach dem Übertragen stehen diese Informationen dann rechtzeitig in der Treiber schaltung 4 bereit, um an den Halbleitern 1 beispielsweise eines Stromrichter 20,21 umgesetzt werden zu können.

Die FIG 4 zeigt ein Fahrzeug 30, in diesem Beispiel einen Bus, allerdings könnte es sich auch beispielsweise um einen Personenkraftwagen, Lastwagen oder ein Schienenfahrzeug han deln. Dieses Fahrzeug 30 weist einen Stromrichter 20 mit ei ner zuvor beschriebenen Halbleiterschaltung 5 auf. Der Strom richter 20 versorgt dabei die Motoren des Fahrzeugs 30 und kann die Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeugs 30 steuern bzw. regeln. Gerade für ein Fahrzeug 30 ist es aus Sicherheitsgründen erforderlich, dass ein Abschalten der Halbleiter 1 schnell und vor allem zuverlässig erfolgt. Eine Beschädigung des Stromrichters 20 aufgrund zu großer Ströme im Fehlerfall muss vermieden werden, damit eine hohe Zuver lässigkeit und Verfügbarkeit des Fahrzeugs 30 erreicht werden und ein Liegenbleiben des Fahrzeugs 30 vermieden werden kann.

Die FIG 5 zeigt eine Windenergieanlage 40 zur Gewinnung von elektrischer Energie aus Wind. Diese Energie wird über Rotor blätter dem Wind entnommen und über einen Stromrichter 20 mit einer oder mehreren Halbleiterschaltungen 5 derart umgewan delt, dass diese in ein Energieversorgungsnetz 41 eingespeist werden kann. Um auch hier einen zuverlässigen Betrieb des Stromrichters 20 sicherzustellen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diese Windkraftanlage 40 mit einer zuvor beschrie- benen Halbleiterschaltung 5 auszustatten. Diese gewährleistet ein schnelles Abschalten der hier nicht näher dargestellten Halbleiter 1 und vermeidet insbesondere im Fehlerfall Beschä digungen oder Zerstörung der Halbleiter 1 durch zu große Ströme .

Die FIG 6 zeigt einen Ausschnitt einer Halbleiterschaltung 5, bei der die Halbleiterschaltung 5 einen modularen Stromrich ter 21 bilden. Die vorhandenen Halbleiter 1 sind dabei zur Erhöhung der Übersichtlichkeit nur teilweise mit dem Bezugs zeichen versehen. Bei dem gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem modularen Stromrichter 21 um einen M2C Stromrichter (modular multilevel Converter) . Dieser weist eine Vielzahl von Stromrichtermodulen 22 auf, die in einer Reihenschaltung angeordnet sind. Damit befinden sich die Halbleiter 1 auf un terschiedlichem elektrischem Potential. Um diesen Potential unterschied zu überbrücken, ist die Verwendung von Lichtwel lenleitern besonders vorteilhaft, da diese nun mittels des vorgeschlagenen Verfahrens auch für die Ansteuerung von Halb leitern 1, beispielsweise eines Stromrichters 20,21 sicher und zuversichtlich angewendet werden können. Gleichzeitig ist ein schnelles Abschalten der Halbleiter 1 des Stromrichters für einen Schutzeingriff durch Wegnahme des Betriebssignals und damit durch den Wegfall bzw. Abschalten des Lebendsignals 12 auf einfache Weise möglich.

Die FIG 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines modu laren Stromrichters, bei dem die beiden Stromrichtermodul 22 über die Sekundärwicklung eines Transformators 51 galvanisch getrennt sind. Auch hier sind die vorhandenen Halbleiter 1 nur teilweise mit ihrem Bezugszeichen versehen, um die Über sichtlichkeit der Darstellung zu erhöhen. Mit dieser Anord nung lassen sich die Motoren 50, als Beispiele für eine elektrische Last redundant betreiben. Das heißt, der Ausfall eines Stromrichtermoduls 22 führt lediglich zum Ausfall eines der Motoren 50. Damit sich ein Fehler in einem Stromrichter modul 22 nicht auf das andere Stromrichtermodul 22 auswirkt, sollten die Ansteuerung der Halbleiter 1 potentialfrei erfol- gen, wie es beispielsweise mit Lichtwellenleiter möglich ist. Eine Verschleppung des Potentials von einem Stromrichtermodul 22 zum anderen Stromrichtermodul 22 kann damit zuverlässig ausgeschlossen werden. Im Ergebnis erreicht man eine höhere Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit des Stromrichters.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zum An steuern einer Vielzahl von Halbleitern durch eine Regelungs einheit, wobei zwischen der Regelungseinheit und den Halblei tern eine Signalleitung angeordnet ist, wobei über die Sig nalleitung ein Protokoll zur Ansteuerung der Halbleiter über tragen wird. Zur Verbesserung der Übertragung von Signalen von der Regelungseinheit zum Stromrichter hinsichtlich der Übertragungssicherheit wird vorgeschlagen, dass über die Sig nalleitung zusätzlich ein Lebendsignal übertragen wird, wobei bei Ausbleiben des Lebendsignals die Halbleiter abgeschaltet werden. Weiter betrifft die Erfindung eine Halbleiterschal tung, aufweisend eine Vielzahl von Halbleitern mit jeweils einer Treiberschaltung und eine Regelungseinheit, wobei zwi schen der Regelungseinheit und den Halbleitern eine Signal leitung angeordnet ist, wobei über die Signalleitung ein Pro tokoll zur Ansteuerung der Halbleiter übertragbar ist, wobei über die Signalleitung zusätzlich ein Lebendsignal übertrag bar ist, wobei bei Ausbleiben des Lebendsignals die Halblei ter mittels der jeweiligen Treiberschaltung abschaltbar sind. Die Erfindung betrifft ferner einen Stromrichter mit einer derartigen Halbleiterschaltung, wobei die Halbleiter oder zu mindest ein Teil der Halbleiter in einer Brückenschaltung an geordnet sind.

Anders ausgedrückt betrifft die Erfindung eine Halbleiter schaltung, aufweisend eine Vielzahl von Halbleitern mit je weils einer Treiberschaltung und eine Regelungseinheit, wobei zwischen der Regelungseinheit und den Halbleitern eine Sig nalleitung angeordnet ist, wobei die Signalleitung zur Über tragung eines Protokolls für die Ansteuerung der Halbleiter eingerichtet ist, wobei die Signalleitung zusätzlich zur Übertragung eines Lebendsignals eingerichtet ist, wobei die Treiberschaltung derart eingerichtet ist, dass bei Ausbleiben des Lebendsignals die Halbleiter mittels der jeweiligen Trei berschaltung abgeschaltet werden. Die Erfindung betrifft wei ter einen Stromrichter, insbesondere einen modularen Strom- richter, ein Fahrzeug sowie eine Windenergieanlage mit einem derartigen Stromrichter.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Ansteuern einer Vielzahl von Halbleitern (1) durch eine Regelungseinheit (2), wobei zwischen der Rege lungseinheit (2) und den Halbleitern (1) eine Signalleitung (3) angeordnet ist, wobei über die Signalleitung (3) ein Pro tokoll (11) zur Ansteuerung der Halbleiter (1) übertragen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass über die Signalleitung (3) zusätzlich ein Lebendsignal (12) übertragen wird, wobei bei Ausbleiben des Lebendsignals (12) die Halbleiter (1) abgeschaltet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Initiieren eines Schutzeingriffs die Übertragung des Lebendsignals (12) durch die Regelungseinheit (2) abgeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lebendsignal (12) zyklisch oder dauerhaft übertragen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Le bendsignal (12) als Manchester Code übertragen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sig nalleitung (3) als Lichtwellenleiter und/oder Bussystem aus gebildet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Halbleiter (1) einen Stromrichter (20) bilden, wobei das Schalten der Halbleiter (1) des Stromrichters (20) mittels optimierter Pulsmuster erfolgt.

7. Halbleiterschaltung (5), aufweisend

eine Vielzahl von Halbleitern (1) mit jeweils einer Trei berschaltung (4) und

eine Regelungseinheit (2),

wobei zwischen der Regelungseinheit (2) und den Halbleitern (1) eine Signalleitung (3) angeordnet ist, wobei die Signal leitung (3) zur Übertragung eines Protokolls (11) für die An- Steuerung der Halbleiter (1) eingerichtet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Signalleitung (3) zu sätzlich zur Übertragung eines Lebendsignals (12) eingerich tet ist, wobei die Treiberschaltung derart eingerichtet ist, dass bei Ausbleiben des Lebendsignals (12) die Halbleiter (1) mittels der jeweiligen Treiberschaltung (4) abgeschaltet wer den .

8. Halbleiterschaltung (5) nach Anspruch 7, wobei die Signal leitung (3) als Lichtwellenleiter und/oder Bussystem ausge bildet ist.

9. Stromrichter (20,21) mit einer Halbleiterschaltung (5) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Halbleiter (1) oder zumindest ein Teil der Halbleiter (1) in einer Brücken schaltung angeordnet sind.

10. Stromrichter (20,21) nach Anspruch 9, wobei der Strom richter (20) als modularer Stromrichter (21) ausgebildet ist, wobei der modulare Stromrichter (21) mindestens zwei Strom- richtermodule (22) aufweist, wobei die Regelungseinheit (2) derart ausgebildet ist, mindestens zwei der mindestens zwei Stromrichtermodule (22) anzusteuern.

11. Stromrichter (20,21) nach Anspruch 10, wobei die Strom richtermodule (22) in einer Reihenschaltung angeordnet sind.

12. Stromrichter (20,21) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Stromrichtermodule (22) galvanisch getrennt vonei nander angeordnet sind.

13. Fahrzeug (30) mit einem Stromrichter (20,21) nach einem der Ansprüche 9 bis 11.

14. Windenergieanlage (40) mit einem Stromrichter (20,21) nach einem der Ansprüche 9 bis 11.