Elektromobilität für den breiten Markt Produktinnovationen und neue Partnerschaften sind gefordert

Aufgliederung des Umrichters

Unabhängig davon, wie der Umrichter realisiert ist, kann er in vier Ebenen gegliedert werden (Bild 2 ): Regelung (Control Layer), Treiber (Driver Layer), Leistungsmodul (Power Module Layer) und Sensoren (Offshore Sensing Layer).  Der Control Layer ist in der Regel als eigene Platine mit dem Mikrocontroller und den Transceivern für die Kommunikation mit dem Antriebsstrang-Bussystem, der Treiberkarte und den Sensoren ausgeführt. Die Mikrocontroller-Architektur muss dabei die Sicherheitsanforderungen gemäß ASIL (bis zu ASIL-D) erfüllen. Außerdem findet man hier noch die Stromversorgung mit Sicherheitslogik, Oszillator und Reset-System. Der Driver Layer treibt die Leistungs-MOSFETs oder IGBTs. Er ist für die zuverlässige galvanische Trennung der Hochvolttreiberseite von der Niedervoltsteuerungsseite verantwortlich. Außerdem müssen von ihm unterschiedliche Signale erfasst und Diagnosefunktionen ausgeführt werden. Der Power Layer enthält die Leistungsmodule mit den IGBTs und MOSFETs, die entsprechenden Dioden und einen elektrisch isolierten Kühlkörper. Hier werden auch die Phasenspannungen und -ströme erfasst. Außerdem müssen für die Diagnose und Überwachung Temperaturmessungen durchgeführt werden. Der Offshore Sensing Layer besteht im Wesentlichen aus den Sensoren für die Rotorposition der E-Maschine und die Temperatur. Die Positionserfassung wird üblicherweise mit einem Winkelmesser (Resolver) durchgeführt. Dieser bietet eine mechanische Auflösung von ± 0,5° über einen weiten Motorgeschwindigkeitsbereich. Das Sensorsystem muss in der Lage sein, zu jedem Zeitpunkt die absolute Position liefern zu können. Diese Positionsangabe ist besonders wichtig bei geringen Geschwindigkeiten oder bei Stillstand. Die für die Regelung notwendigen Strommess-Sensoren gehören theoretisch zum Sensing Layer, können physikalisch jedoch auch im Leistungshalbleitermodul integriert sein.