DE19915876A1 - Clocked electrical energy feed method e.g. for electric motor, uses synchronized operation of power switches contained in parallel current feed paths - Google Patents

Clocked electrical energy feed method e.g. for electric motor, uses synchronized operation of power switches contained in parallel current feed paths

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DE19915876A1
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Abstract

The electrical energy feed has the electrical energy supplied via a number of parallel current paths (1-n), each provided with at least one controlled power switch (S1-Sn), with synchronized operation of all the switches at the same period duration, or whole multiples of the shortest period duration. An Independent claim for a clocked electrical energy feed device is also included.

Description

[Stand der Technik][State of the art]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum getakteten Zuführen elektrischer Energie zu einem elektri­ schen Verbraucher.The invention relates to a method and an apparatus for clocked supply of electrical energy to an electri consumers.

Bei der Verwendung mehrerer Schalter in einem getakteten Leistungsteil werden diese mit separater Ansteuerung geschal­ tet. Hierbei besteht die Gefahr, daß Schwebungsfrequenzen hörbar werden und entsprechend der Anzahl der Leistungsschal­ ter Pufferkondensatoren in entsprechender Anzahl und Größe vorgesehen sein müssen. Beim Schalten entstehen außerdem Störungen, die sich aus der Anzahl der Schalter und der Schaltfrequenz ergeben.When using multiple switches in one clocked Power section are shuttered with separate control tet. There is a risk that beat frequencies become audible and according to the number of performance scarf Number and size of buffer capacitors must be provided. When switching also arise Faults arising from the number of switches and the Switching frequency result.

[Aufgabe der Erfindung]OBJECT OF THE INVENTION

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem bzw. bei welcher ein verringerter Aufwand erforderlich ist.The object of the invention is a method and a Vorrich device of the type mentioned at the beginning, in which or in which a reduced effort is required.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß beim Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und bei der Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan­ spruches 5 gelöst.This object is achieved in the method by characterizing features of claim 1 and in the Device by the characterizing features of the patent Proverb 5 solved.

Bei der Erfindung wird dem elektrischen Verbraucher, bei­ spielsweise einem Elektromotor, die elektrische Energie, insbesondere der Motorstrom getaktet, über mehrere parallele Strompfade synchronisiert zugeführt, wobei in jedem Strompfad der Takt, mit welchem die elektrische Energie zugeführt wird, eine gleiche Periodendauer oder ein Vielfaches insbesondere ganzzahliges Vielfaches der kürzesten Periodendauer in einem Strompfad haben kann.In the invention, the electrical consumer for example an electric motor, the electrical energy, in particular the motor current clocked over several parallel ones Current paths supplied synchronized, with each current path the rate at which electrical energy is supplied an identical period or a multiple in particular  integer multiple of the shortest period in one Can have current path.

In bevorzugter Weise wird die elektrische Energie in die mehreren Strompfade über einen elektrischen Puffer eingelei­ tet. Dieser elektrische Puffer kann aus mehreren räumlich getrennten Puffern bestehen. Es kann sich jedoch in bevorzug­ ter Weise auch um einen einzigen elektrischen Puffer, bei­ spielsweise Elektrolyt-Kondensator, Batterie, Speicherdrossel oder dergleichen handeln. Der elektrische Puffer dient bei der Erfindung in bevorzugter Weise als gemeinsamer Puffer für die mehreren Strompfade, über welche die elektrische Energie, insbesondere der elektrische Strom, den Verbrauchern getaktet mit jeweils konstanter Periodendauer in den jeweiligen Strompfaden zugeführt wird. Durch den Zeitversatz bzw. durch die Phasenverschiebung, mit welcher die zur Verfügung stehen­ de elektrische Energie in den einzelnen Strompfaden zugeführt wird, erreicht man eine erhebliche Verringerung der Belastung des elektrischen Puffers und der sonstigen stromführenden Teile. Bei der Erfindung ergibt sich nämlich ein Wechselstrom durch den elektrischen Puffer, der nicht der Summe der ein­ zelnen elektrischen Ströme entspricht, sondern wesentlich geringer ist.Preferably, the electrical energy is in the several current paths via an electrical buffer tet. This electrical buffer can be made up of several spatially separate buffers exist. However, it can be preferred in ter way also a single electrical buffer, at for example electrolytic capacitor, battery, storage choke or act like that. The electrical buffer serves at the invention in a preferred manner as a common buffer for the multiple current paths through which the electrical energy, especially the electric current, clocked by consumers with a constant period in each Current paths is supplied. By the time offset or by the phase shift with which they are available de electrical energy supplied in the individual current paths a significant reduction in the burden is achieved of the electrical buffer and the other live ones Parts. This is because the invention results in an alternating current through the electrical buffer, which is not the sum of the one corresponds to individual electrical currents, but essentially is less.

Mit Hilfe von mehreren Schaltern, insbesondere Leistungs­ schaltern, von denen jeweils wenigstens einer in jedem Strompfad vorgesehen ist, und entsprechendes synchronisiertes Schalten dieser Schalter erreicht man den gewünschten Zeit­ versatz bzw. die gewünschte Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Strompfaden. Die elektrische Energie kann im Takt einer jeweils konstanten Periodendauer zugeführt werden. With the help of several switches, especially power switches, at least one in each Current path is provided, and corresponding synchronized Switching these switches achieves the desired time offset or the desired phase shift between the individual current paths. The electrical energy can be in time be supplied with a constant period.  

Bei Einstellung der Synchronisation derart, daß die Summe der Tastverhältnisse in den mehreren Strompfaden gleich 1 oder annähernd 1 ist, ergibt sich ein Wechselstrom durch den elektrischen Puffer, der gegen Null oder annähernd gegen Null geht. Ein wirkungsvoller Einsatz der Erfindung ergibt sich bereits beim Einsatz von zwei Strompfaden, in denen jeweils ein Leistungsschalter vorgesehen ist.When setting the synchronization such that the sum of the Duty cycles in the multiple current paths equal to 1 or is approximately 1, there is an alternating current through the electrical buffer that is close to zero or near zero goes. An effective use of the invention results already when using two current paths, in each of which a circuit breaker is provided.

Durch die erfindungsgemäße Synchronisation der getakteten Energie- bzw. Stromzufuhr, z. B. als Impulse in den mehreren Strompfaden, können teure und lebensdauerbegrenzende Bauteile eingespart oder durch kleiner dimensionierte Bauteile ersetzt werden. Ferner können die Bauteile, welche zur Störunterdrüc­ kung am Eingang vorgesehen sind, verkleinert werden, da sich die Frequenz der Störung vervielfacht. Man erreicht eine Vorrichtung mit reduzierter EMV-Störung. Außerdem erreicht man gegenüber herkömmlichen Leistungsteilen eine Geräuschre­ duzierung.Through the synchronization of the clocked according to the invention Energy or electricity supply, e.g. B. as impulses in the several Current paths can be expensive and life-limiting components saved or replaced by smaller components become. Furthermore, the components that are used to suppress interference kung at the entrance are to be reduced, since the frequency of the interference multiplied. You get one Device with reduced EMC interference. Also achieved compared to conventional power units a noise reduction.

[Beispiele][Examples]

Anhand der Figuren wird die Erfindung noch näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the figures.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung; Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of the invention;

Fig. 2 Diagramme der Ströme bei einer ersten Betriebsart; und Fig. 2 shows diagrams of the currents in a first mode; and

Fig. 3 Diagramme der Ströme bei einer zweiten Betriebsart. Fig. 3 diagrams of the currents in a second mode.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zum Liefern einer getakteten elektrischen Energie, insbeson­ dere eines getakteten elektrischen Stromes mehrere Leistungs­ schalter S1 bis Sn in mehreren Strompfaden 1, 2 . . . n, welche parallel geschaltet sind, vorgesehen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist in jedem Strompfad 1, 2 . . . n ein Schalter, insbesondere Leistungsschalter, vorgesehen. Diese Schalter werden synchronisiert angesteuert. Die Aufeinander­ folge der Schaltung der Leistungsschalter geschieht zeitver­ setzt. Der Zeitversatz bzw. Phasenunterschied kann so einge­ stellt sein, daß die Impulse, z. B. Rechteckimpulse des elek­ trischen Stromes im jeweiligen Strompfad mit zeitlicher Überlappung oder ohne zeitliche Überlappung geliefert werden. Dies hängt von der elektrischen Energie, welche dem nicht näher dargestellten elektrischen Verbraucher, z. B. einem Elektromotor oder Elektromotoren zugeführt werden soll, ab. Der Zeitversatz kann im Idealfall auch T/n, d. h. der Quoti­ ent aus Periodendauer und Anzahl der geschalteten Schalter, sein.In the embodiment shown in FIG. 1, to supply a clocked electrical energy, in particular a clocked electrical current, several power switches S1 to Sn in several current paths 1 , 2 . , , n, which are connected in parallel, are provided. In the exemplary embodiment shown, 1 , 2 is in each current path. , , n a switch, in particular circuit breakers, is provided. These switches are controlled synchronized. The sequence of switching the circuit breaker happens timed. The time offset or phase difference can be set so that the pulses, for. B. rectangular pulses of elec trical current in the respective current path with temporal overlap or without temporal overlap. This depends on the electrical energy, which the electrical consumer, not shown, z. B. is to be supplied to an electric motor or electric motors. The time offset can ideally also be T / n, ie the quotient of the period and the number of switches switched.

Durch die zeitversetzte Energiezufuhr in den einzelnen Strompfaden erzielt man in der Versorgungsleitung bzw. den Versorgungsleitungen zu einem Puffer P und durch den Puffer selbst, über welchen die Strompfade mit der elektrischen Energie versorgt werden, einen Wechselstrom, der wesentlich geringer ist als die Summe der einzelnen in den Strompfaden 1 . . . n fließenden Ströme. Beim synchronisierten Schalten der Schalter S1 bis Sn in der Weise, daß die Summe der Tastver­ hältnisse in den Strompfaden 1 bis n gegen 1 geht oder 1 ist, erreicht man einen Wechselstrom durch den Puffer P, der Null ist oder gegen Null geht. Due to the time-shifted energy supply in the individual current paths, an alternating current is achieved in the supply line or the supply lines to a buffer P and through the buffer itself, via which the current paths are supplied with the electrical energy, which is substantially less than the sum of the individual in the current paths 1 . , , n flowing currents. When the switches S1 to Sn are switched synchronously in such a way that the sum of the duty ratios in the current paths 1 to n goes to 1 or 1, an alternating current is reached through the buffer P which is zero or goes to zero.

Der elektrische Puffer P am Eingang kann geringer dimensio­ niert werden als dies bei herkömmlichen Schaltungen erforder­ lich ist. Teure und die Lebensdauer begrenzende Bauteile können somit eingespart werden und durch geringer dimensio­ nierte Bauteile ersetzt werden. Man erreicht auf diese Weise einen verringerten Bauteileaufwand.The electrical buffer P at the entrance can be smaller nier than required in conventional circuits is. Expensive components that limit lifespan can thus be saved and by smaller dimensions components are replaced. You can do this a reduced outlay on components.

Bei einem Betrieb, bei welchem zwei Schalter, beispielsweise der Schalter S1 und S2 mit der oben angegebenen Synchronisa­ tion geschaltet werden, ergeben sich Ströme I1 und I2, welche mit Zeitversatz über die Schalter geliefert werden. Die Zeitdiagramme dieser Ströme sind in der Fig. 2 dargestellt. In der Figur ist ferner der aus den Strömen I1 und I2 resul­ tierende Strom Ires gezeigt. Bei der dargestellten Betriebs­ art sind die Ströme I1 und I2 mit gleicher Periodendauer getaktet. Diese gleiche Periodendauer in jedem Strompfad kann auch dann zur Anwendung kommen, wenn in mehr als zwei Strompfaden Ströme geliefert werden.In an operation in which two switches, for example the switches S1 and S2 are switched with the synchronization specified above, currents I1 and I2 result, which are delivered with a time offset via the switches. The timing diagrams of these currents are shown in FIG. 2. The figure also shows the current Ires resulting from the currents I1 and I2. In the operating mode shown, the currents I1 and I2 are clocked with the same period. The same period duration in each current path can also be used if currents are supplied in more than two current paths.

Bei dem in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich der resultierende Strom Ires aus mehreren impuls­ förmigen Ströme I1, I2 und I3 in drei Strompfaden. Der Strom I1 ist mit einer Periodendauer T1, welche eine minimale Periodendauer Tmin darstellt, getaktet. Die Ströme I2 und I3 sind mit den doppelten Periodendauern T2 und T3 getaktet. Die Periodendauern der Taktungen in den einzelnen Strompfaden kann ein Vielfaches, insbesondere ganzzahliges Vielfaches der kleinsten Periodendauer in einem Strompfad sein. Hierbei können auch mehr als drei Strompfade zur Anwendung kommen. S1bis Sn Leistungsschalter
I1 Strom am Ausgang 1
I2 Strom am Ausgang 2
In Strom am Ausgang n
P elektrischer Puffer
1 bis n Strompfade
In the embodiment shown in FIG. 3, the resulting current Ires results from several pulse-shaped currents I1, I2 and I3 in three current paths. The current I1 is clocked with a period T1, which represents a minimum period Tmin. The currents I2 and I3 are clocked at twice the period T2 and T3. The period of the clocking in the individual current paths can be a multiple, in particular an integral multiple of the smallest period in a current path. Here, more than three current paths can also be used. S1bis Sn circuit breakers
I1 current at output 1
I2 current at output 2
In current at output n
P electrical buffer
1 to n current paths

Claims (11)

1. Verfahren zum getakteten Zuführen elektrischer Energie zu einem elektrischen Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energie über mehrere parallele Strompfade synchronisiert in den jeweiligen Strompfaden getaktet dem Verbraucher zugeführt wird.1. A method for the clocked supply of electrical energy to an electrical consumer, characterized in that the electrical energy is supplied synchronized to the consumer via a plurality of parallel current paths in the respective current paths. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauern in den einzelnen Strompfaden gleich oder ein Vielfaches, insbesondere ganzzahliges Vielfaches der kürzesten Periodendauer in einem Strompfad sind.2. The method according to claim 1, characterized in that the periods in the individual current paths are the same or a multiple, especially an integral multiple the shortest period in a current path. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energie gepuffert in die mehreren Strompfaden geleitet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the electrical energy is buffered in the several Current paths is conducted. 4. Vorrichtung zum getakteten Zuführen elektrischer Energie zu einem elektrischen Verbraucher mit mehreren Schaltern, dadurch gekennzeichnet, daß für die Energiezufuhr zum Verbraucher mehrere parallele Strompfade (1 bis n) mit wenigstens einem Schalter (S1 bis Sn) im jeweiligen Strompfad vorgesehen sind und daß die Schalter (S1 bis Sn) mit Zeitversatz zueinander synchronisiert schalten.4. Device for the clocked supply of electrical energy to an electrical consumer with several switches, characterized in that several parallel current paths ( 1 to n) with at least one switch (S1 to Sn) are provided in the respective current path for the energy supply to the consumer and that Switch switches (S1 to Sn) synchronized with each other with a time offset. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (S1 bis Sn) in den Strompfaden (1 bis n) mit gleicher Periodendauer (T) oder einem Vielfachen, insbe­ sondere ganzzahligen Vielfachen (m.Tmin, m = 1, 2 . . .) der kürzesten Periodendauer (Tmin) schalten.5. The device according to claim 4, characterized in that the switches (S1 to Sn) in the current paths ( 1 to n) with the same period (T) or a multiple, in particular special integer multiples (m.Tmin, m = 1, 2nd ..) of the shortest period (Tmin). 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die mehreren Strompfade (1 bis n) ein elektrischer Puffer (P) vorgesehen ist. 6. The device according to claim 5, characterized in that an electrical buffer (P) is provided for the plurality of current paths ( 1 to n). 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der elektrische Puffer (P) aus mehreren räumlich getrennt angeordneten elektrischen Puffern gebildet ist.7. The device according to claim 5 or 6, characterized net that the electrical buffer (P) from several spatially separately arranged electrical buffers is formed. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Puffer (P) als ge­ meinsamer Puffer für die mehreren Strompfade (1 bis n) vorgesehen ist.8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the electrical buffer (P) is provided as a common buffer for the plurality of current paths ( 1 to n). 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitversatz zwischen aufeinander­ folgend schaltenden Schaltern dem Quotienten aus Peri­ odendauer (T) und Anzahl (n) der Strompfade entspricht.9. Device according to one of claims 5 to 8, characterized characterized in that the time offset between each other following switches the quotient from Peri corresponds to the duration (T) and number (n) of the current paths. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Tastverhältnisse der mehreren Strompfade (1 bis n) 1 oder annähernd 1 be­ trägt.10. Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that the sum of the duty cycles of the plurality of current paths ( 1 to n) carries 1 or approximately 1 be. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Strompfade (1, 2) vorgesehen sind.11. Device according to one of claims 5 to 10, characterized in that two current paths ( 1 , 2 ) are provided.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7006761B2 (en) 2001-06-26 2006-02-28 Alcoa Fujikura Gesellschaft Mit Beschraenkter Haftung Control device for DC motors
US7272303B2 (en) 2004-10-04 2007-09-18 Trw Automotive Gmbh Method and control circuit for driving an electric motor of a seatbelt retractor
DE102008030461A1 (en) * 2008-06-26 2009-12-31 Valeo Systèmes d'Essuyage Circuit arrangement for controlling electric motor of electro-motor driven auxiliary drive or load, has control electronics controlling relay arrangement, which exhibits relays that are arranged in parallel or in series with control paths

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