AT514592B1 - Potential regulation of modules - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung von parallelgeschalteten Modulen (M1,M2, ... ,MN) mit jeweils zumindest zwei seriell geschalteten, steuerbaren Halbleiterventilen (Y11, Y12 , ... YN1, YNz), vorzugsweise IGBT-Module mit je zwei IGBTs, und mit jeweils zwei Gleichstromanschlüssen ( 1, 2) und einem Wechselstromanschluss ( 3) , wobei Modulströme ( I1, I2 ... IN) am jeweiligen Wechselstromanschluss ( 3) die Ströme durch die steuerbaren Halbleiterventile (Y11, Y12 , ... YN1, YN2) des betreffenden Moduls (M1, M2, ... ,MN) bilden, und die Summe der Modulströme (I1,I2, ... IN) aller Module (M1, M2, ..., MN) einen Laststrom (IL) bildet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Potentiale (U1, U2, ... UN) je eines Moduls ( M1, M2, ... MN) einem Verzweigungspunkt (4) des Wechselstromanschlusses (3) zu den steuerbaren Halbleiterventilen (Y11, Y12 , ... YN1, YN2) des betreffenden Moduls (M1,M2, ... ,MN) ermittelt werden und mittels Einschaltverzögerungen (Δt1, ... , ΔtN) der steuerbaren Halbleiterventile (Y11 , Y12, ... YNl, YN2) die Potentiale (U1, U2, ... UN) aller Module (M1, M2, ... ,MN) in den jeweiligen Verzweigungspunkten (4) im Mittel über die Schaltperiode der steuerbaren Halbleiterventile (Y11 , Y12 , ... YN1, YN2) auf denselben Wert geregelt werden.The present invention relates to a method for controlling parallel-connected modules (M1, M2, ..., MN), each having at least two serially connected, controllable semiconductor valves (Y11, Y12, ... YN1, YNz), preferably IGBT modules each having two IGBTs, and each having two DC terminals (1, 2) and an AC terminal (3), wherein module currents (I1, I2 ... IN) at the respective AC terminal (3) the currents through the controllable semiconductor valves (Y11, Y12, ... YN1, YN2) of the respective module (M1, M2, ..., MN), and the sum of the module currents (I1, I2, ... IN) of all modules (M1, M2, ..., MN ) forms a load current (IL). According to the invention, it is provided that potentials (U1, U2,... UN) of each module (M1, M2,... MN) are connected to a branching point (4) of the alternating current connection (3) to the controllable semiconductor valves (Y11, Y12, .. YN1, YN2) of the respective module (M1, M2, ..., MN) are determined and by Einschaltverzögerungen (.DELTA.t1, ..., .DELTA.tN) of the controllable semiconductor valves (Y11, Y12, ... YNl, YN2) the potentials (U1, U2, ... UN) of all modules (M1, M2, ..., MN) in the respective branching points (4) on average over the switching period of the controllable semiconductor valves (Y11, Y12, ... YN1, YN2) be regulated to the same value.
Description
Beschreibungdescription
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung von parallelgeschalteten Modulen mit jeweils zumindest zwei seriell geschalteten, steuerbaren Halbleiterventilen, vorzugsweise IGBT-Modulen mit je zwei IGBTs, und mit jeweils zwei Gleichstromanschlüssen und einem Wechselstromanschluss, wobei Modulströme am jeweiligen Wechselstromanschluss die Ströme durch die steuerbaren Halbleiterventile des betreffenden Moduls bilden, und die Summe der Modulströme aller Module einen Laststrom bildet, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to a method for controlling parallel-connected modules, each having at least two serially connected, controllable semiconductor valves, preferably IGBT modules, each having two IGBTs, and each having two DC terminals and an AC terminal, wherein module currents at the respective AC terminal the Form currents through the controllable semiconductor valves of the respective module, and the sum of the module currents of all modules forms a load current, according to the preamble of claim 1.
[0002] Die vorliegende Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine Schaltanordnung von parallelgeschalteten Modulen mit jeweils zumindest zwei seriell geschalteten, steuerbaren Halbleiterventilen, vorzugsweise IGBT-Module mit je zwei IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistors), wobei die Module gemeinsame Gleichstromanschlüsse und jedes der Module einen Wechselstromanschluss, der über einen Verzweigungspunkt mit den steuerbaren Halbleiterventilen des betreffenden Moduls verbunden ist, aufweist, und jedes steuerbare Halbleiterventil eine Gate-Steuereinrichtung aufweist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 4.The present invention further relates to a switching arrangement of parallel-connected modules, each having at least two serially connected, controllable semiconductor valves, preferably IGBT modules with two IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), wherein the modules common DC terminals and each of the Modules have an AC terminal, which is connected via a branch point with the controllable semiconductor valves of the relevant module, and each controllable semiconductor valve has a gate control device, according to the preamble of claim 4.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
[0003] In der Leistungselektronik sind mit steuerbaren Halbleiterelementen bestückte Module zur Stromregelung und/oder Stromaufteilung von Strömen hoher Stromstärken bekannt, wobei üblicherweise innerhalb der Module zumeist zwei steuerbare Halbleiterventile seriell geschaltet sind. Üblicherweise handelt es sich bei den steuerbaren Halbleiterventilen um seriell geschaltete IGBTs mit antiparalleler Freilaufdiode, wobei auch Module mit MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors) in der Leistungselektronik häufig sind. Die Anordnung von steuerbaren Halbleiterventilen in Form einzelner Module ist vorteilhaft, da mitunter mehrere dutzend derartiger Halbleiterschaltungen in der Leistungselektronik benötigt werden. Die einzelnen steuerbaren Halbleiterventile können mittels der Module schnell positioniert und angeschlossen werden. Die Module können dabei vorgefertigt, oder als eigengefertigte Schaltung einzelner, steuerbarer Halbleiterventile ausgeführt sein, wobei im Folgenden in beiden Fällen eine serielle Schaltung von steuerbaren Halbleiterventilen mit Anschlüssen für die steuerbaren Halbleiterventile allgemein als Modul bezeichnet wird.In power electronics modules equipped with controllable semiconductor elements for current regulation and / or current distribution of currents of high currents are known, usually within the modules usually two controllable semiconductor valves are connected in series. Usually, the controllable semiconductor valves are serially connected IGBTs with antiparallel freewheeling diode, whereby modules with MOSFETs (metal-oxide-semiconductor field effect transistor) in power electronics are common. The arrangement of controllable semiconductor valves in the form of individual modules is advantageous because sometimes several dozens of such semiconductor circuits in the power electronics are needed. The individual controllable semiconductor valves can be quickly positioned and connected by means of the modules. The modules can be prefabricated, or designed as a self-made circuit of individual, controllable semiconductor valves, wherein in both cases, a serial circuit of controllable semiconductor valves with connections for the controllable semiconductor valves is generally referred to as a module.
[0004] Ein Modul weist dabei in herkömmlicher Weise zumindest zwei Gleichspannungsanschlüsse und einen Wechselstromanschluss auf. Mithilfe der Gleichspannungsanschlüsse können die Module einfach parallel entlang zweier Leitungen, die eine Gleichspannung zur Verfügung stellen, angeschlossen werden, die auch als DC-Bus bezeichnet werden. Mithilfe der Ansteuerung der Schaltzustände der steuerbaren Halbleiterventile, meist mittels einer Kommandoleitung von einem externen Prozessor, kann aus der Gleichspannungsversorgung eine gewünschte Stromform, etwa ein sinusförmiger Wechselstrom, an den Wechselstromanschlüssen moduliert werden. Die Modulierung erfolgt dabei durch Schaltung der steuerbaren Halbleiterventile mit einer Schaltfrequenz, die einer höheren Frequenz als jene des modulierten Stromes entspricht. Hierfür kann etwa die aus dem Stand der Technik bekannte Pulsbreitenmodulation angewendet werden.A module has in a conventional manner at least two DC voltage connections and an AC power connection. Using the DC terminals, the modules can easily be connected in parallel along two lines that provide a DC voltage, also known as a DC bus. By controlling the switching states of the controllable semiconductor valves, usually by means of a command line from an external processor, a desired current form, such as a sinusoidal alternating current, can be modulated at the AC connections from the DC voltage supply. The modulation takes place by switching the controllable semiconductor valves with a switching frequency which corresponds to a higher frequency than that of the modulated current. For this purpose, it is possible to apply, for example, the pulse width modulation known from the prior art.
[0005] Die möglichen Stromstärken am Wechselstromanschluss der einzelnen Module sind jedoch begrenzt, weshalb in herkömmlicher Weise mehrere Module parallel geschaltet und die Wechselstromanschlüsse der Module miteinander verbunden werden. Ein hoher Laststrom wird somit als Modulstrom geringerer Stärke auf die einzelnen Wechselstromanschlüsse der Module aufgeteilt. Eine derartige Schaltung mehrerer Module zur Stromaufteilung ist meist kostengünstiger, als nur ein Modul mit hoher Stromstärkenverträglichkeit auszuführen. Oft sind bereits innerhalb eines IGBT-Moduls mehrere IGBTs in paralleler Schaltung vorgesehen, um die maximal tolerierte Stromstärke eines Moduls zu erhöhen.However, the possible currents at the AC terminal of the individual modules are limited, which is why in a conventional manner a plurality of modules connected in parallel and the AC terminals of the modules are interconnected. A high load current is thus divided as module current of lesser strength on the individual AC terminals of the modules. Such a circuit of several modules for power distribution is usually less expensive than just run a module with high amperage compatibility. Often, several IGBTs are already provided in parallel within an IGBT module in order to increase the maximum tolerated current of a module.
[0006] Bei einer Aufteilung des Laststromes auf die einzelnen Module ist es erforderlich, dass möglichst alle Wechselstromanschlüsse mit derselben Stromstärke belastet werden, nämlich dem Laststrom dividiert durch die Anzahl der Module. Sind die Ströme nicht gleichmäßig aufgeteilt, so werden einige Module mitunter zu hoch belastet und dadurch beschädigt. Die verwendeten Bauteile in den Modulen zeigen zumeist aber nicht die gleichen, herstellungsbedingten Kenn- Charakteristiken, was eine gleichmäßige Aufteilung der Ströme erschwert. Es ergeben sich in herkömmlicher Weise somit Verzerrungen der Aufteilung des Laststromes, durch ungenaue Schaltvorgänge der steuerbaren Halbleiterventile bzw. durch ungleichmäßige Spannungsabfälle an den Halbleiterventilen. Eine gewünschte Modulierung des Laststromes kann somit mitunter nicht erreicht werden.In a division of the load current to the individual modules, it is necessary that all possible AC connections are charged with the same current, namely the load current divided by the number of modules. If the currents are not evenly distributed, some modules are sometimes over-loaded and damaged. However, the components used in the modules usually do not show the same, production-related characteristic characteristics, which makes a uniform distribution of the currents more difficult. This results in a conventional manner thus distortions of the distribution of the load current, by inaccurate switching operations of the controllable semiconductor valves or by uneven voltage drops across the semiconductor valves. A desired modulation of the load current can thus sometimes not be achieved.
[0007] In herkömmlicher Weise werden die Eingangsströme am Wechselstromanschluss der einzelnen Module, im Folgenden auch als Modulstrom bezeichnet, mittels einer Regelung der Ströme am betreffenden Wechselstromanschluss oder am Gleichspannungsanschluss auf gleiche Anteile des Laststromes geregelt. Eine derartige Regelung von Strömen stellt jedoch eine technisch aufwändige Mess- und Regelungsmethode dar. Oftmals wird versucht die steuerbaren Halbleiterventile der Module in jener Weise auszuwählen, dass alle steuerbaren Halbleiterventile die möglichst gleichen Charakteristiken aufweisen. Dies soll durch Auswahl der Halbleiter aus derselben Herstellungscharge sichergestellt werden, was einen logistischen Mehraufwand bis zum Einbau der Module bedeutet. Aber auch eine solche Auswahl stellt allerdings nicht die gleichmäßige Aufteilung der Modulströme sicher, da bei unterschiedlichen Temperaturen und unterschiedlichen Stromstärken die Schaltzustände und Spannungen an den steuerbaren Halbleiterventilen dennoch variieren können. Auf eine Regelung der Ströme kann daher meist nicht verzichtet werden.In a conventional manner, the input currents at the AC terminal of the individual modules, hereinafter also referred to as module current, regulated by means of a regulation of the currents at the respective AC terminal or at the DC voltage terminal to equal proportions of the load current. However, such a control of currents is a technically complex measurement and control method. It is often attempted to select the controllable semiconductor valves of the modules in such a way that all controllable semiconductor valves have the same characteristics as possible. This should be ensured by selecting the semiconductors from the same manufacturing batch, which means an additional logistical effort until the modules are installed. However, even such a selection does not ensure the uniform distribution of the module currents, since the switching states and voltages on the controllable semiconductor valves can still vary at different temperatures and different current intensities. On a regulation of the currents can therefore usually not be waived.
[0008] Des Weiteren ist bekannt, dass bei hoher Zeitkonstante aus Entkopplungsinduktivität und Widerstand der Module die Verzerrungen bei Schaltung der steuerbaren Halbleiterventile gering gehalten werden können. Hohe Entkopplungsinduktivitäten und Widerstände erfordern jedoch größere Baugrößen, die aber in vielen Anwendungen und Einbausituationen der Module nicht möglich sind. Insbesondere muss für hohe Entkopplungsinduktivitäten und Widerstände der DC-Bus aufwändiger ausgeführt sein.Furthermore, it is known that with high time constant from decoupling inductance and resistance of the modules, the distortions in the circuit of the controllable semiconductor valves can be kept low. High decoupling inductances and resistors, however, require larger sizes, but these are not possible in many applications and installation situations of the modules. In particular, the DC bus has to be more elaborate for high decoupling inductances and resistances.
AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
[0009] Es ist daher das Ziel der Erfindung diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zur Regelung von gattungsgemäßen, parallelgeschalteten Modulen sowie eine Schaltanordnung von gattungsgemäßen, parallelgeschalteten Modulen in jener Weise zur Verfügung zu stellen, dass der Laststrom gleichmäßig auf die einzelnen Module aufgeteilt wird, wobei die steuerbaren Halbleiterventile auch aus unterschiedlichen Herstellungschargen stammen können, die Entkopplungsinduktivität sowie der Widerstand der Module keine limitierenden Größen sind, die Temperatur einzelner Module unterschiedlich sein kann sowie eine Modulierung des Laststromes mittels steuerbarer Halbleiterventile optimal möglich bleibt.It is therefore the object of the invention to avoid these disadvantages and to provide a method for controlling generic, parallel-connected modules and a switching arrangement of generic, parallel-connected modules in that way that the load current is evenly divided among the individual modules , wherein the controllable semiconductor valves may also originate from different production batches, the decoupling inductance and the resistance of the modules are not limiting variables, the temperature of individual modules may be different and a modulation of the load current by means of controllable semiconductor valves optimally possible.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
[0010] Diese Ziele werden durch die Merkmale von Anspruch 1 und Anspruch 4 erreicht.These objects are achieved by the features of claim 1 and claim 4.
[0011] Anspruch 1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung von parallelgeschalteten Modulen mit jeweils zumindest zwei seriell geschalteten, steuerbaren Halbleiterventilen, vorzugsweise IGBT-Module mit je zwei IGBTs, und mit jeweils zwei Gleichstromanschlüssen und einem Wechselstromanschluss, wobei Modulströme am jeweiligen Wechselstromanschluss die Ströme durch die steuerbaren Halbleiterventile des betreffenden Moduls bilden, und die Summe der Modulströme aller Module einen Laststrom bildet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Potentiale je eines Moduls in einem Verzweigungspunkt des Wechselstromanschlusses zu den steuerbaren Halbleiterventilen des betreffenden Moduls ermittelt werden und mittels Einschaltverzögerungen der steuerbaren Halbleiterventile die, Potentiale aller Module in den jeweiligen Verzweigungspunkten im Mittel über die Schaltperiode der steuerbaren Halbleiterventile auf denselben Wert geregelt werden.Claim 1 relates to a method for controlling parallel-connected modules, each having at least two serially connected, controllable semiconductor valves, preferably IGBT modules with two IGBTs, and each having two DC terminals and an AC terminal, wherein module currents at the respective AC terminal, the currents form by the controllable semiconductor valves of the respective module, and the sum of the module currents of all modules forms a load current. According to the invention, potentials of each module in a branch point of the AC connection to the controllable semiconductor valves of the relevant module are determined and, by means of switch-on delays of the controllable semiconductor valves, the potentials of all modules in the respective branch points are controlled to the same value over the switching period of the controllable semiconductor valves become.
[0012] Um alle Modulströme der einzelnen Module auf denselben Wert zu regeln, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren somit der Messwert der Potentiale im Verzweigungspunkt des Wechselstromanschlusses zu den steuerbaren Halbleiterventilen des betreffenden Moduls herangezogen. Die Messung von Potentialen stellt eine einfachere Messmethode dar, als die Messung von Strömen. Werden die Entkopplungsinduktivität und der Widerstand am Wechselspannungsanschluss der Module für alle Module gleich gewählt, so ergeben sich bei gleicher Potentialdifferenz über diese Komponenten auch gleiche Eingangsströme an den Wechselstromanschlüssen. Durch die unterschiedlichen Charakteristiken der steuerbaren Halbleiterventile, insbesondere der Schaltcharakteristik, kann dieses Potential jedoch variieren. Schaltet nämlich ein steuerbares Halbleiterventil früher als die anderen, ist der Eingangsstrom dieses Moduls höher als bei den anderen Modulen. Sind jedoch alle Potentiale im jeweiligen Verzweigungspunkt gleich groß, so sind die Eingangsströme gleichmäßig aufgeteilt. Über eine Regelung der Potentiale im Verzweigungspunkt kann damit die gleichmäßige Aufteilung der Eingangsströme zum Laststrom sichergestellt werden. Dabei werden die Potentiale aller Module in den jeweiligen Verzweigungspunkten im Mittel über die Schaltperiode der steuerbaren Halbleiterventile auf denselben Wert geregelt, sodass die Potentialdifferenzen im Mittel über diese Zeitspanne auf null geregelt werden. Um die Potentiale im Verzweigungspunkt aller Module auf denselben Wert zu stellen, werden die Einschaltzeitpunkte der steuerbaren Halbleiterventile so verzögert, dass alle steuerbaren Halbleiterventile möglichst gleichzeitig schalten und die Potentiale beim Schalten mit einer vorgegebenen Schaltfrequenz im Mittel gleich sind.In order to regulate all module currents of the individual modules to the same value, the measured value of the potentials in the branch point of the AC connection to the controllable semiconductor valves of the relevant module is thus used in the method according to the invention. The measurement of potentials is a simpler method of measurement than the measurement of currents. If the decoupling inductance and the resistance at the AC voltage connection of the modules are chosen to be the same for all modules, the same potential difference across these components results in the same input currents at the AC connections. However, this potential can vary due to the different characteristics of the controllable semiconductor valves, in particular the switching characteristic. If a controllable semiconductor valve switches earlier than the others, the input current of this module is higher than with the other modules. However, if all potentials in the respective branching point are equal, the input currents are divided equally. By regulating the potentials in the branch point, the uniform distribution of the input currents to the load current can thus be ensured. In this case, the potentials of all modules in the respective branching points are controlled to the same value on average over the switching period of the controllable semiconductor valves, so that the potential differences are controlled on average over this period to zero. In order to set the potentials at the branching point of all modules to the same value, the switch-on of the controllable semiconductor valves are delayed so that all controllable semiconductor valves switch as possible simultaneously and the potentials are the same at switching with a predetermined switching frequency on average.
[0013] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass Potentialdifferenzen eines Verzweigungspunktes eines Halbleitermoduls zu den Verzweigungspunkten jedes weiteren Halbleitermoduls gemessen werden und mittels Einschaltverzögerungen der steuerbaren Halbleiterventile die gemessenen Potentialdifferenzen im Mittel über die Schaltperiode der steuerbaren Halbleiterventile auf Null geregelt werden. Die Messung von Potentialdifferenzen zwischen den Modulen stellt eine vorteilhafte Messmethode dar. In jedem Modul wird dabei nur ein Messpunkt abgegriffen, und der gemessene Wert in diesem Messpunkt mit jenen anderer Module verglichen. Ist diese gemessene Potentialdifferenz null, so sind die betreffenden Eingangsströme in jenen Modulen, in denen die Potentialdifferenz gemessen wurde, abgesehen von einem kleinen Toleranzbereich durch die Entkopplungsimpedanzen, gleich.According to a preferred embodiment of the method according to the invention it is provided that potential differences of a branch point of a semiconductor module are measured to the branch points of each further semiconductor module and the measured potential differences are controlled by means of switch-on delays of the controllable semiconductor valves on average over the switching period of the controllable semiconductor valves to zero. The measurement of potential differences between the modules is an advantageous method of measurement. In each module, only one measuring point is tapped, and the measured value in this measuring point is compared with those of other modules. If this measured potential difference is zero, the respective input currents are the same in those modules in which the potential difference was measured, apart from a small tolerance range through the decoupling impedances.
[0014] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Einschaltverzögerungen durch Vergleich eines, ab einem Einschaltkommando (EIN) an die steuerbaren Halbleiterventile innerhalb einer vorgegebenen, maximalen Einschaltverzögerung, mehrmals bestimmten Zeitintegrals der gemessenen Potentialdifferenzen mit einem vorgegebenen Maximalwert ermittelt werden. Ergeht also das Einschaltkommando eines IGBTs, wird zunächst die Potentialdifferenz zu anderen Modulen verglichen. Übersteigt das Zeitintegral dieser Potentialdifferenz einen vorgegebenen Wert, wird beim nächsten Einschaltvorgang das Einschalten verzögert. Auf diese Weise wird mit dem Einschalten der Halbleiterventile eines Moduls zugewartet, bis alle steuerbaren Halbleiterventile gleichzeitig schalten, denn dann wird die Potentialdifferenz zwischen den Verzweigungspunkten der beiden verglichenen Module jeweils null und es fließen die gleichen Eingangsströme über diese Module. Wird diese Methode nun für alle Module zueinander angewendet, können alle steuerbaren Halbleiterventile gleichzeitig geschaltet werden und keiner der Eingangsströme ist durch zu frühes Einschalten erhöht bzw. durch zu spätes Einschalten verringert.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention it is provided that the switch-on delays are determined by comparing a, from a switch-on (ON) to the controllable semiconductor valves within a predetermined maximum switch-on delay, several times determined time integral of the measured potential differences with a predetermined maximum value , Thus, if the turn-on command of an IGBT goes, the potential difference to other modules is first compared. If the time integral of this potential difference exceeds a predetermined value, the switching on is delayed at the next switch-on process. In this way, the switching on of the semiconductor valves of a module is waited until all controllable semiconductor valves switch simultaneously, because then the potential difference between the branch points of the two modules compared is zero and the same input currents flow through these modules. If this method is now used for all modules to each other, all controllable semiconductor valves can be switched simultaneously and none of the input currents is increased by switching too early or reduced by switching too late.
[0015] Anspruch 4 bezieht sich auf eine Schaltanordnung von parallelgeschalteten Modulen mit jeweils zumindest zwei seriell geschalteten steuerbaren Halbleiterventilen, vorzugsweise IGBT-Module mit je zwei IGBTs, wobei die Module gemeinsame Gleichstromanschlüsse und jedes der Module einen Wechselstromanschluss, der über einen Verzweigungspunkt mit den steuerbaren Halbleiterventilen des betreffenden Moduls verbunden ist, aufweist, und jedes steuerbare Halbleiterventil eine Gate-Steuereinrichtung aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in jedem Modul zumindest eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die mit dem Verzweigungspunkt des betreffenden Moduls, sowie mit den Verzweigungspunkten der jeweils anderen Module über Messleitungen verbunden ist, wobei mit den Messleitungen Potentialdifferenzen zwischen den Verzweigungspunkten der jeweiligen Module ermittelbar sind.Claim 4 relates to a switching arrangement of parallel-connected modules, each having at least two serially connected controllable semiconductor valves, preferably IGBT modules, each having two IGBTs, wherein the modules common DC terminals and each of the modules an AC connection, via a branch point with the controllable Semiconductor valves of the respective module is connected, and each controllable semiconductor valve having a gate control device. According to the invention, at least one control device is provided in each module, which is connected to the branching point of the relevant module and to the branching points of the respective other modules via measuring lines, wherein potential differences between the branching points of the respective modules can be determined with the measuring lines.
[0016] Somit ist in jedem Modul zumindest eine Regeleinrichtung vorgesehen, die mit dem Verzweigungspunkt des betreffenden Moduls verbunden ist, und das Potential in diesem Verzweigungspunkt ermittelt. Da es sich hierbei um keine Strommessung handelt, kann mithilfe nur einer Messleitung jede Regeleinrichtung eines Moduls das Potential aller Module einfach ermitteln, wie noch näher ausgeführt werden wird.Thus, at least one control device is provided in each module, which is connected to the branch point of the respective module, and determines the potential in this branch point. Since this is not a current measurement, each controller of a module can easily determine the potential of all modules, as will be explained in more detail, with the aid of only one measuring line.
[0017] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist hierbei vorgesehen, dass die Regeleinrichtung an einer ersten Gate- Steuereinrichtungen eines Moduls vorgesehen ist, und mittels einer bidirektionalen Steuerleitung mit einer zweiten Gate-Steuereinrichtung des betreffenden Moduls verbunden ist. Die Regeleinrichtung kann etwa an einer Gate-Steuereinrichtung, dem sogenannten Gate-Driver, eines IGBTs angeordnet werden, und damit Platz sowie der Verbau einer zusätzlichen Einheit als Regeleinrichtung gespart werden. Mithilfe bidirektionaler Steuerleitungen kann die Regeleinrichtung alle Gate- Steuereinheiten des Moduls ansprechen. Sind etwa zwei steuerbare Halbleiterventile in Serie und somit zwei Gate-Steuereinrichtungen vorgesehen, wird die Regeleinrichtung etwa direkt an der ersten Gate-Steuereinrichtung zu deren Regelung angeordnet, während die zweite Gate-Steuereinrichtung über die bidirektionale Steuerleitung angesteuert wird.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the control device is provided on a first gate control devices of a module, and is connected by means of a bidirectional control line to a second gate control device of the respective module. The control device can be arranged approximately at a gate control device, the so-called gate driver, an IGBT, and thus space and the installation of an additional unit can be saved as a control device. Using bidirectional control lines, the controller can address all of the module's gate controllers. If approximately two controllable semiconductor valves are provided in series and thus two gate control devices, the control device is arranged approximately directly on the first gate control device for the regulation thereof, while the second gate control device is activated via the bidirectional control line.
[0018] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eines Moduls mit den Verzweigungspunkten der jeweils anderen Module über die Regeleinrichtungen der jeweils anderen Module verbunden ist. Der für jedes Modul von der entsprechenden Regeleinrichtung benötigte Messwert ist das Potential im Verzweigungspunkt des betreffenden Moduls. Hierbei ist jedoch lediglich entscheidend, welches Potential ein Modul relativ zu einem anderen Modul aufweist. Wird nun von jedem Verzweigungspunkt die Potentialdifferenz zu anderen Modulen über die jeweiligen Regeleinrichtungen verglichen, so können Potentialdifferenzen und in weiterer Folge die Einschaltverzögerungen ermittelt werden. Die Regeleinrichtung schaltet dabei die steuerbaren Halbleiterventile des betreffenden Moduls je nach Auswertung der Potentialdifferenzen. Die Messleitungen der einzelnen Module müssen somit nur zur jeweiligen Regeleinrichtung verbunden werden, sodass nur mehr eine Messleitung von jedem Verzweigungspunkt eines Moduls zur Regeleinrichtung des betreffenden Moduls erforderlich ist und die Regeleinrichtung mit jenen der andern Module verbunden werden muss. Die Messleitung kann somit beim Einbau der Module als Schiene ausgeführt werden, wobei das entsprechende Potential von jeder Regeleinrichtung abgegriffen wird.According to a further embodiment of the invention it is provided that the control device of a module is connected to the branch points of the respective other modules via the control devices of the respective other modules. The reading required for each module by the corresponding controller is the potential at the branch point of the module in question. In this case, however, it is only decisive what potential a module has relative to another module. If the potential difference to other modules via the respective control devices is compared from each branch point, then potential differences and, as a consequence, the switch-on delays can be determined. The control device switches the controllable semiconductor valves of the relevant module depending on the evaluation of the potential differences. The measuring lines of the individual modules must therefore only be connected to the respective control device, so that only one measuring line from each branch point of a module to the control device of the relevant module is required and the control device must be connected to those of the other modules. The measuring line can thus be designed as a rail when installing the modules, wherein the corresponding potential is tapped by each control device.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
[0019] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen hierbei die [0020] Fig. 1 eine Ausführungsform von parallelgeschalteten Modulen mit jeweils zwei steu erbaren Halbleiterventilen zur Regelung über das erfindungsgemäße Verfahren, [0021] Fig. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung von parallel geschalteten Modulen mit jeweils zwei steuerbaren Halbleiterventilen, [0022] Fig. 3a den Verlauf des Potentials in einem ersten Modul und einem zweiten Modul über die Zeit, [0023] Fig. 3b den Verlauf einer Potentialdifferenz von einem ersten Modul zu einem zweitenThe invention will be explained in more detail below with reference to embodiments with the aid of the accompanying drawings. 1 shows an embodiment of modules connected in parallel, each having two controllable semiconductor valves for controlling the process according to the invention, FIG. 2 shows an embodiment of the inventive switching arrangement of modules connected in parallel, each having two controllable semiconductor valves, [0021] FIG. [0023] FIG. 3 a shows the course of the potential in a first module and a second module over time, FIG. 3 b shows the profile of a potential difference from a first module to a second module
Modul über die Zeit sowie [0024] Fig. 4 eine Ausführungsform eines Blockschaltbilds zur Regelung von parallelgeschal teten Modulen mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren.Module over time, and Fig. 4 shows an embodiment of a block diagram for controlling parallelgeschal ended modules by the method according to the invention.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0025] Die Fig. 1 zeigt Brückenzweige mit jeweils zwei steuerbaren Halbleiterventilen Yn, Y12, ...YN1, YN2j nämlich IGBTs mit antiparalleler Freilaufdiode, in paralleler Schaltung. Es ist ein positiver Gleichstromanschluss 1, sowie ein negativer Gleichstromanschluss 2 vorgesehen. Diese beiden Gleichstromanschlüsse 1,2 bilden den sogenannten DC-Bus. Zwischen den Gleichstromanschlüssen 1,2 ist jeweils ein oberes steuerbares Halbleiterventil YNi und ein unteres steuerbares Halbleiterventil YN2 seriell geschaltet, wobei diese serielle Schaltung mit der Anzahl der Module N parallel wiederholt ist. Jedes Modul Mi,M2,...,Mn weist einen Wechselstromanschluss 3 auf, der in der seriellen Verbindung mit dem Emitter eines ersten (in der Fig. 1 des oberen) steuerbaren Halbleiterventils YN1 verbunden ist, und dem Kollektor eines zweiten (in der Fig. 1 des unteren) steuerbaren Halbleiterventils YN2. In der Verzweigung zwischen dem Wechselstromanschluss 3 und einerseits dem ersten Halbleiterventil YNi und andererseits dem zweiten Halbleiterventil YN2 befindet sich ein Verzweigungspunkt 4. Die serielle Verbindung der beiden Halbleiterventile YN1,YN2 zwischen den Gleichstromanschlüssen 1,2 bildet mit dem eingehenden Wechselstromanschluss 3 ein Modul MN. Innerhalb eines Moduls MN können an der dargestellten Position eines Halbleiterventils YNi bzw. YN2 mehrere steuerbare Halbleiterventile Yni,YN2 parallel geschaltet ausgeführt werden, wobei in der vorliegenden Beschreibung in diesem Fall jeweils repräsentativ nur ein steuerbares Halbleiterventil YNi bzw. YN2 dargestellt ist. In der vorliegenden Beschreibung wird von der bevorzugten Ausführungsform der steuerbaren Halbleiterventile als IGBTs ausgegangen, es kann aber grundsätzlich jede Art eines steuerba-ren/abschaltbaren Schaltelementes wie z.B. MOSFETs, GTOs usw. vorgesehen sein.Fig. 1 shows bridge arms, each with two controllable semiconductor valves Yn, Y12, ... YN1, YN2j namely IGBTs with antiparallel freewheeling diode, in parallel circuit. There is a positive DC connection 1, and a negative DC connection 2 is provided. These two DC terminals 1.2 form the so-called DC bus. An upper controllable semiconductor valve YNi and a lower controllable semiconductor valve YN2 are respectively connected in series between the DC connections 1, 2, this serial circuit being repeated in parallel with the number of modules N. Each module Mi, M2,..., Mn has an AC terminal 3 connected in serial connection with the emitter of a first (in FIG. 1 of the upper) controllable semiconductor valve YN1, and the collector of a second one (in FIG Fig. 1 of the lower) controllable semiconductor valve YN2. In the junction between the AC terminal 3 and on the one hand the first semiconductor valve YNi and on the other hand, the second semiconductor valve YN2 is a branch point 4. The serial connection of the two semiconductor valves YN1, YN2 between the DC terminals 1,2 forms with the incoming AC terminal 3, a module MN. Within a module MN, a plurality of controllable semiconductor valves Yni, YN2 can be implemented in parallel at the illustrated position of a semiconductor valve YNi or YN2, wherein in the present description in this case only one controllable semiconductor valve YNi or YN2 is represented in each case representatively. In the present description, the preferred embodiment of the controllable semiconductor valves is assumed to be IGBTs, but in principle any type of controllable / turn-off switching element, such as e.g. MOSFETs, GTOs, etc. may be provided.
[0026] Die Wechselstromanschlüsse 3 der Module Mi,M2,...,MN sind miteinander verbunden. Jeder Wechselstromanschluss 3 führt dabei einen Modulstrom l1; l2,..., IN. Die Modulströme li,l2,..., In bilden gemeinsam einen Laststrom lL, und zwar bevorzugt zu gleichen Teilen. In diesem Fall werden die steuerbaren Halbleiterventile Yn, Y12, ...YNi, Yn2 nicht mit unterschiedlichen Stromstärken belastet.The AC terminals 3 of the modules Mi, M2, ..., MN are interconnected. Each AC connection 3 leads to a module current l1; l2, ..., IN. The module currents li, l2, ..., In together form a load current lL, preferably in equal parts. In this case, the controllable semiconductor valves Yn, Y12, ... YNi, Yn2 are not loaded with different currents.
[0027] Des Weiteren sind an den Wechselstromanschlüssen 3 eine Entkopplungsinduktivität Lp sowie ein Widerstand Rp, die sogenannten Entkopplungsimpedanzen, vorgesehen. Diese Impedanz glättet den Stromverlauf, wobei die Zeitkonstante aus der Entkopplungsinduktivität Lp und dem Widerstand Rp ein Maß für die Glättung darstellt. Sofern zu allen Modulen M1,M2,...,MN die gleichen Entkopplungsimpedanzen verwendet werden, stellen sich in den Wechselstromanschlüssen 3 dieselben Ströme ein.Furthermore, a decoupling inductance Lp and a resistor Rp, the so-called decoupling impedances, are provided at the AC terminals 3. This impedance smooths the current profile, wherein the time constant of the decoupling inductance Lp and the resistor Rp is a measure of the smoothing. If the same decoupling impedances are used for all modules M1, M2,..., MN, the same currents occur in the AC terminals 3.
[0028] Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung von parallelgeschalteten Modulen M1,M2,...,MN mit jeweils zwei steuerbaren Halbleiterventilen Yni,YN2· In der Fig- 2 sind drei Module Mi,M2,M3 parallel angeordnet. Die Schaltung kann jedoch auf mehr als drei Module, meist je nach Strombedarf des Laststromes lL, erweitert werden. Jedes steuerbare Halbleiterventil Yn, Y12, ...YNi, Yn2 ist mit einer Gate- Steuereinrichtung 6 versehen, die über eine Kommandoleitung 9 mit einem Schaltsignal, etwa von einem Prozessor, angesteuert wird. Dabei ist eine Kommandoleitung 9 für die oberen steuerbaren Halbleiterventile YN1 und eine Kommandoleitung 9 für die unteren steuerbaren Halbleiterventile YN2 vorgesehen (siehe Fig. 2). Der Prozessor steuert die Halbleiterventile Yn,Y12,...YN1, YN2 mit einer Schaltfrequenz fs, die zumeist ein Vielfaches der Frequenz des zu erreichenden Laststromes lL beträgt. Durch diese an sich bekannte Schaltanordnung der steuerbaren Halbleiterventile YNi, YN2 werden die Modulströme moduliert, etwa mit Hilfe ebenfalls aus dem Stand der2 shows an embodiment of the switching arrangement according to the invention of parallel-connected modules M1, M2, ..., MN, each with two controllable semiconductor valves Yni, YN2. In FIG. 2, three modules Mi, M2, M3 are arranged in parallel. However, the circuit can be extended to more than three modules, usually depending on the power requirements of the load current lL. Each controllable semiconductor valve Yn, Y12, ... YNi, Yn2 is provided with a gate control device 6, which is controlled via a command line 9 with a switching signal, such as from a processor. In this case, a command line 9 is provided for the upper controllable semiconductor valves YN1 and a command line 9 for the lower controllable semiconductor valves YN2 (see FIG. 2). The processor controls the semiconductor valves Yn, Y12, ... YN1, YN2 with a switching frequency fs, which is usually a multiple of the frequency of the load current to be achieved lL. By this known switching arrangement of the controllable semiconductor valves YNi, YN2, the modulator currents are modulated, for example with the aid of the prior art
Technik bekannter Pulsbreitenmodulation.Technique of known pulse width modulation.
[0029] An der Gate-Steuereinrichtung 6 eines ersten in Bezug auf die Fig. 2 oberen steuerbaren Halbleiterventils YN1 ist eine Regeleinrichtung 8 vorgesehen. Von dieser Regeleinrichtung 8 führt eine Messleitung 5 sowohl zum Verzweigungspunkt 4 des eigenen Moduls M! sowie zur Regeleinrichtung 8 der weiteren Module M2,M3. Die Messleitung 5 kann etwa als Schiene ausgeführt werden, an die alle Regeleinrichtungen 8 angeschlossen sind. Damit kann von der Regeleinrichtung 8 auf einfache Weise das Potential UP im Verzweigungspunkt 4 desselben Moduls Mt bestimmt werden, und über die Verbindung zu den Regeleinrichtungen 8 der ande- ren Module M2,M3 Potentialdifferenzen Ui2,U23,Ui3 zu den Verzweigungspunkten 4 dieser Module M2,M3. Diese gemessenen Potentialdifferenzen Ui2,U23,Ui3 dienen als Messgröße, um eine Einschaltverzögerung AtN der steuerbaren Halbleiterventile Yn, Y12, ...YN1, YN2 zu regeln. Die ermittelten Einschaltverzögerungen ÄtN für das Einschaltkommando EIN werden in weiterer Folge von der Regeleinrichtung 8 an die Gate-Steuereinrichtung 6 des in Bezug auf die Fig. 2 oberen steuerbaren Halbleiterventils YNi übergeben, sowie über eine bidirektionale Steuerleitung 7 an die Gate-Steuereinrichtung des in Bezug auf die Fig. 2 unteren steuerbaren Halbleiterventils YN2· Somit ist nur eine Regeleinrichtung 8 pro Modul notwendig.At the gate control device 6 of a first with reference to FIG. 2 upper controllable semiconductor valve YN1, a control device 8 is provided. From this control device 8 leads a measuring line 5 both to the branching point 4 of its own module M! and to the control device 8 of the further modules M2, M3. The measuring line 5 can be carried out approximately as a rail, to which all control devices 8 are connected. Thus, the potential UP in the branching point 4 of the same module Mt can be determined by the control device 8 in a simple manner, and via the connection to the control devices 8 of the other modules M2, M3 potential differences Ui2, U23, Ui3 to the branch points 4 of these modules M2 , M3. These measured potential differences Ui2, U23, Ui3 serve as a measured variable in order to regulate a switch-on delay AtN of the controllable semiconductor valves Yn, Y12,... YN1, YN2. The determined switch-on delays EtNN for the switch-on command ON are subsequently transferred from the control device 8 to the gate control device 6 of the upper controllable semiconductor valve YNi with reference to FIG 2 lower controllable semiconductor valve YN2 · Thus, only one controller 8 per module is necessary.
[0030] Die Einschaltverzögerungen ÄtN sind im Weiteren in der Fig. 3a dargestellt, wobei die Fig. 3a in durchgezogener Linie den Zeitverlauf eines Potential UN und in strichlierter Linie eines weiteren Potentials UN+1 darstellt. Die linke Flanke in Fig. 3a stellt die Situation bei einem Laststrom lL kleiner null dar, und die rechte Flanke in Fig. 3a die Situation bei einem Laststrom lL größer null. Die Fig. 3b zeigt bei gleicher Zeitbasis die gemessenen Potentialdifferenzen UN/N+1 zwischen den beiden Potentialen UN,UN+1. Die Potentialdifferenzen UNN+1 sollen im Mittel auf null geregelt werden. Dies gestaltet sich nun wie folgt: [0031] Die steuerbaren Halbleiterventile Yn, Y12, ...YNi, Yn2 erhalten über die Kommandoleitung 9 die Befehle zum Schalten mit einer Schaltfrequenz fs. Im Weiteren wird der Regelungsvorgang beim ersten Einschalten der in Bezug auf die Fig. 2 oberen Halbleiterventile YNi beschrieben. Das, gemäß der Fig. 1 und Fig. 2 obere steuerbare Halbleiterventil Yn schaltet bei der linken Flanke in Fig. 3a. Das nächste steuerbare Halbleiterventil Y21 schaltet bei der strichlierten linken Flanke gemäß Fig. 3a. Dadurch würde sich kurzzeitig, nämlich innerhalb der dargestellten Eingangsverzögerung ÄtN, ein erhöhter Modulstrom h am ersten Modul Mi ergeben. Die entstehende Potentialdifferenz Ui2 wird gemessen und von der Regeleinrichtung 8 umfasst. Um die Potentialdifferenz U12 nun auf null zu regeln, muss das steuerbare Halbleiterventil Yn um die Breite des Pulses in Fig. 3b als Einschaltverzögerung ÄtN später schalten. In diesem Fall ergibt sich keine Potentialdifferenz Ui2 und es fließen dieselben Modulströme h und l2. Auf diese Weise regelt die Regeleinrichtung 8 alle Einschaltverzögerungen AtN der Module MN untereinander und schaltet über die Gate-Steuereinrichtungen 6 die steuerbaren Halbleiterventile Yni,YN2 so, dass im Mittel über eine Schaltperiode mit einer Schaltfrequenz fs bei den steuerbaren Halbleiterventilen Y11; Y12, ...YNi, Yn2 die Potentialdifferenzen UNN auf null geregelt werden. Somit ergeben sich die gleichen Modulströme l1; l2,..., IN, da bei gleicher Eingangsimpedanz und demselben Potential UN dieselben Modulströme h, l2, ...lN fließen.The switch-on delays EtN are shown below in FIG. 3a, wherein FIG. 3a shows in solid line the time characteristic of a potential UN and in the dotted line of a further potential UN + 1. The left-hand flank in FIG. 3a represents the situation with a load current IL of less than zero, and the right-hand flank in FIG. 3a shows the situation with a load current IL greater than zero. FIG. 3b shows, with the same time base, the measured potential differences UN / N + 1 between the two potentials UN, UN + 1. The potential differences UNN + 1 should be regulated to zero on average. This is accomplished as follows: The controllable semiconductor valves Yn, Y12,... YNi, Yn2 receive the commands for switching with a switching frequency fs via the command line 9. In the following, the regulation process at the first switch-on of the upper semiconductor valves YNi with reference to FIG. 2 will be described. The upper controllable semiconductor valve Yn according to FIGS. 1 and 2 switches at the left flank in FIG. 3a. The next controllable semiconductor valve Y21 switches at the dashed left flank according to FIG. 3a. This would result in a short time, namely within the illustrated input delay ÄtN, an increased module current h at the first module Mi. The resulting potential difference Ui2 is measured and included by the control device 8. In order to now regulate the potential difference U12 to zero, the controllable semiconductor valve Yn must switch later by the width of the pulse in FIG. 3b as the turn-on delay ÄtN. In this case there is no potential difference Ui2 and the same modulus currents h and l2 flow. In this way, the control device 8 regulates all switch-on delays AtN of the modules MN and switches via the gate control devices 6 the controllable semiconductor valves Yni, YN2 such that on average over a switching period with a switching frequency fs at the controllable semiconductor valves Y11; Y12, ... YNi, Yn2 the potential differences UNN are set to zero. This results in the same module currents l1; l2, ..., IN, since the same module currents h, l2, ... lN flow with the same input impedance and the same potential UN.
[0032] Ein Blockschaltbild zur Regelung von parallel geschalteten Modulen ist in Fig. 4 dargestellt. Durch eine Kommandoleitung 9 wird das Einschaltkommando EIN an, das in Bezug auf die Fig. 1 und 2 für die oberen steuerbaren Halbleiterventile YNi vorgesehen ist, und dieses Signal wird einer Rampenfunktion 11 zugeführt, wobei die Rampenfunktion 11 bis zu einer vorzugebenden, maximalen Einschaltverzögerung Atmax steigt und somit eine Wartezeit vorgibt. Im Messzweig wird eine Potentialdifferenz UNN zwischen den Potentialen UN und UN+1 gemessen. Diese Potentialdifferenz UNn wird einem Integrator 10 zugeführt. Das Ergebnis des Integrators 10 wird bis zu einem gewissen Wert, der durch einen Limitierer 12 vorgegeben ist, ausgeführt. Der ermittelte Wert wird an einen Differenzknoten 15 weitergegeben und von der Rampenfunktion 11 abgezogen. Durch entsprechenden Vergleich mit Hilfe eines Komparators 13 wird eine logische Eins an das UND-Gatter 14 gesendet, woraufhin das steuerbare Halbleiterventil YN1 schaltet. Falls somit eine Potentialdifferenz UNN messbar ist, so wird mit dem Einschalten des jeweiligen steuerbaren Halbleiterventils YNi beim nächsten Einschaltbefehl seitens der Kommandoleitung 9 mit der Einschaltverzögerung ÄtN gewartet, damit die Potentialdifferenz UNN im Mittel über eine Schaltperiode mit der Schaltfrequenz fs null ist.A block diagram for the control of parallel-connected modules is shown in Fig. 4. By a command line 9, the switch-on command ON, which is provided with reference to FIGS. 1 and 2 for the upper controllable semiconductor valves YNi, and this signal is fed to a ramp function 11, wherein the ramp function 11 up to a presettable, maximum switch-on delay Atmax rises and thus sets a waiting time. In the measuring branch, a potential difference UNN between the potentials UN and UN + 1 is measured. This potential difference UNn is supplied to an integrator 10. The result of the integrator 10 is executed up to a certain value, which is predetermined by a limiter 12. The determined value is forwarded to a difference node 15 and subtracted from the ramp function 11. By appropriate comparison by means of a comparator 13, a logical one is sent to the AND gate 14, whereupon the controllable semiconductor valve YN1 switches. Thus, if a potential difference UNN is measurable, then the turn-on of the respective controllable semiconductor valve YNi is waited for the next turn-on command by the command line 9 with the ON delay ÄtN, so that the potential difference UNN on average over a switching period with the switching frequency fs is zero.
[0033] Es ist daraus unmittelbar ersichtlich, dass ein Verfahren zur Regelung von parallel geschalteten Modulen M1,M2,...,MN sowie eine entsprechende Schaltanordnung von gattungsgemäßen Modulen Μ^Μ^.,.,Μν zur Verfügung gestellt wird, bei dem die Modulströme li,l2,...lN der einzelnen Module M1,M2,...,MN zu gleichen Teilen zum Laststrom lL beitragen, auch wenn etwa die steuerbaren Halbleiterventile Yn, Yi2, ...YNi, Yn2 abweichende Eigenschaften aufweisen oder die Temperatur einzelner Module M1,M2,...,MN unterschiedlich ist. Die Modulierung desIt is immediately apparent that a method for controlling parallel-connected modules M1, M2, ..., MN and a corresponding switching arrangement of generic modules Μ ^ Μ ^.,., Μν is provided, in which the module currents li, l2,... lN of the individual modules M1, M2,..., MN contribute in equal parts to the load current IL, even if, for example, the controllable semiconductor valves Yn, Yi2,... YNi, Yn2 have different characteristics or the temperature of individual modules M1, M2, ..., MN is different. The modulation of the
Laststromes lL mittels der steuerbaren Halbleiterventile Yn, Y12, ...YNi, Yn2 wird auf diese Weise optimiert. BEZUGSZEICHENLISTE: 1 positiver Gleichstromanschluss 2 negativer Gleichstromanschluss 3 Wechselstromanschluss 4 Verzweigungspunkt 5 Messleitung 6 Gate-Steuereinrichtung 7 bidirektionale Steuerleitung 8 Regeleinrichtung 9 Kommandoleitung 10 Integrator 11 Rampenfunktion 12 Limitierer 13 Komparator 14 UND-Gatter 15 Differenzknoten ÄtN EinschaltverzögerungLoad current IL through the controllable semiconductor valves Yn, Y12, ... YNi, Yn2 is optimized in this way. REFERENCE LIST: 1 positive DC connection 2 negative DC connection 3 AC connection 4 branch point 5 measuring line 6 gate control device 7 bidirectional control line 8 control device 9 command line 10 integrator 11 ramp function 12 limiter 13 comparator 14 AND gate 15 differential node EtN switch-on delay
Atmax maximale Einschaltverzögerung fs Schaltfrequenz lL Laststrom lN ModulstromAtmax maximum switch-on delay fs Switching frequency lL Load current lN Module current
Lp EntkopplungsinduktivitätLp decoupling inductance
Mn Modul N Anzahl der ModuleMn module N number of modules
Rp Widerstand UN Potential UNN Potentialdifferenz YN1 erstes steuerbares Halbleiterventil YN2 zweites steuerbares HalbleiterventilRp resistance UN potential UNN potential difference YN1 first controllable semiconductor valve YN2 second controllable semiconductor valve
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4335857A1 (en) * | 1993-10-21 | 1995-04-27 | Abb Management Ag | Converter circuit arrangement and method for driving the same |
| US20120057387A1 (en) * | 2010-08-10 | 2012-03-08 | Jih-Sheng Lai | Hybrid switch for resonant power converters |
| US20120074949A1 (en) * | 2010-09-29 | 2012-03-29 | Kevin Kepley | Bi-directional dc/dc converter |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4359679A (en) * | 1978-01-16 | 1982-11-16 | Wescom Switching, Inc. | Switching d-c. regulator and load-sharing system for multiple regulators |
| US6285571B1 (en) * | 2000-03-03 | 2001-09-04 | Linfinity Microelectronics | Method and apparatus for an efficient multiphase switching regulator |
| EP1427094A3 (en) * | 2002-12-06 | 2006-01-25 | Loher GmbH | Method for operating several pulse controlled inverters connected in parallel |
-
2013
- 2013-08-06 AT ATA631/2013A patent/AT514592B1/en not_active IP Right Cessation
-
2014
- 2014-07-30 WO PCT/AT2014/050168 patent/WO2015017876A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4335857A1 (en) * | 1993-10-21 | 1995-04-27 | Abb Management Ag | Converter circuit arrangement and method for driving the same |
| US20120057387A1 (en) * | 2010-08-10 | 2012-03-08 | Jih-Sheng Lai | Hybrid switch for resonant power converters |
| US20120074949A1 (en) * | 2010-09-29 | 2012-03-29 | Kevin Kepley | Bi-directional dc/dc converter |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM01 | Lapse because of not paying annual fees |
Effective date: 20190806 |