CH713045B1 - Device, distributed modulation system and method for power electronic applications. - Google Patents

Device, distributed modulation system and method for power electronic applications. Download PDF

Info

Publication number
CH713045B1
CH713045B1 CH00214/18A CH2142018A CH713045B1 CH 713045 B1 CH713045 B1 CH 713045B1 CH 00214/18 A CH00214/18 A CH 00214/18A CH 2142018 A CH2142018 A CH 2142018A CH 713045 B1 CH713045 B1 CH 713045B1
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
clock signal
modulation
end node
control
data
Prior art date
Application number
CH00214/18A
Other languages
German (de)
Inventor
Cherix Nicolas
Delalay Simon
Lambert Matthias
Original Assignee
Imperix Sa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Imperix Sa filed Critical Imperix Sa
Publication of CH713045B1 publication Critical patent/CH713045B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04JMULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00Time-division multiplex systems
    • H04J3/02Details
    • H04J3/06Synchronising arrangements
    • H04J3/0635Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0638Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
    • H04J3/0641Change of the master or reference, e.g. take-over or failure of the master
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0012Control circuits using digital or numerical techniques
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/493Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode the static converters being arranged for operation in parallel

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10, 20, 30) für ein verteiltes Modulationssystem für leistungselektronische Anwendungen, mit: mindestens einem Transceiver zum Empfangen von Steuerdaten von einem Steuermaster (10) über mindestens einen Datenübertragungskanal (201), der ein Referenztaktsignal (RefCLK) einbettet und mit mindestens einem Satz von Modulationsparametern, mindestens einem Taktwiederherstellungsmodul, das zum Wiederherstellen eines wiederhergestellten Taktsignals vom Datenübertragungskanal (201) angeordnet ist, einem Modulator, angeordnet zum Erzeugen von Modulationssignalen basierend auf dem Satz von Modulationsparametern und auf mindestens einem periodischen Träger, der unter Verwendung des wiederhergestellten Taktsignals erzeugt wird, einem Überwachungsmodul, das zum Mastern und Anpassen einer anfänglichen Phasendifferenz zwischen dem/n periodischen Träger(n) und einem Unterbrechungssignal basierend auf dem Referenztaktsignal konfiguriert ist. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein verteiltes Modulationssystem für leistungselektronische Anwendungen, das diesen Endknoten und ein relatives Verfahren umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren für ein verteiltes Modulationssystem.The invention relates to a device (10, 20, 30) for a distributed modulation system for power electronic applications, having: at least one transceiver for receiving control data from a control master (10) via at least one data transmission channel (201), which embeds a reference clock signal (RefCLK). and having at least one set of modulation parameters, at least one clock recovery module arranged to recover a recovered clock signal from the data transmission channel (201), a modulator arranged to generate modulation signals based on the set of modulation parameters and on at least one periodic carrier using of the recovered clock signal, a monitoring module configured to master and adjust an initial phase difference between the periodic carrier(s) and an interrupt signal based on the reference clock signal. The present invention also relates to a distributed modulation system for power electronic applications, comprising this end node and a relative method. Furthermore, the invention relates to a method for a distributed modulation system.

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein verteiltes Modulationssystem für leistungselektronische Anwendungen, ein solches System und ein Verfahren für ein solches System. The present invention relates to a device for a distributed modulation system for power electronic applications, such a system and a method for such a system.

Beschreibung des Standes der TechnikDescription of the prior art

[0002] Stromrichter oder Energieumwandlungssysteme werden oft verwendet, um Wechselstrom- oder Gleichstromsignale in Wechselstrom- oder Gleichstromsignale mit beispielsweise unterschiedlicher Amplitude oder Frequenz umzuwandeln. [0002] Power converters or power conversion systems are often used to convert AC or DC signals into AC or DC signals of, for example, different amplitude or frequency.

[0003] Moderne Stromrichter umfassen zwei Teile. Einerseits wirkt eine Leistungsstufe als (ein) steuerbare(s) Ventil(e), um das(die) Leistungssignal(e) zu formen und den entsprechenden Leistungsfluss/die entsprechenden Leistungsflüsse zu regeln. Die Leistungsstufe umfasst üblicherweise Stromhalbleiterschalter wie IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor), IGCTs (Insulated Gate Commutated Thyristor), GTOs (Gate Turn-Off Thyristor), Thyristoren usw. Andererseits erzeugt eine Kontrollstufe Steuersignale für diese Schalter, um das (die) Ausgangsleistungssignal (e) wie gewünscht zu formen. [0003] Modern power converters comprise two parts. On the one hand, a power stage acts as a controllable valve(s) to shape the power signal(s) and regulate the corresponding power flow(s). The power stage usually includes current semiconductor switches such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor), IGCTs (Insulated Gate Commutated Thyristor), GTOs (Gate Turn-Off Thyristor), thyristors, etc. On the other hand, a control stage generates control signals for these switches to convert the output power signal ( e) shape as desired.

[0004] Moderne Stromrichter verwenden im Allgemeinen Modulationstechniken, wie beispielsweise Pulsweitenmodulation (PWM), um eine gute harmonische Leistung und eine gute Umwandlungseffizienz zu kombinieren. [0004] Modern power converters generally use modulation techniques such as pulse width modulation (PWM) to combine good harmonic performance and good conversion efficiency.

[0005] Die Modulation wird mittels eines Modulators erreicht. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ein Modulator ein Funktionsblock, der ein oder mehrere Modulationssignale basierend auf einem oder mehreren Trägern und einem Satz von Modulationsparametern erzeugt. Im Allgemeinen ist das Modulationssignal ein digitales Signal und der Träger ist ein periodisches analoges Signal, das durch den Wert eines digitalen Zählers basierend auf einem Taktsignal angenähert wird. Im Folgenden gibt der Ausdruck „Träger (oder Signal), der basierend auf einem Taktsignal erzeugt wird“ an, dass der Träger (oder das Signal) unter Verwendung eines digitalen Zählers basierend auf diesem Taktsignal erzeugt wird. The modulation is achieved by means of a modulator. In the context of the present invention, a modulator is a functional block that generates one or more modulation signals based on one or more carriers and a set of modulation parameters. In general, the modulation signal is a digital signal and the carrier is a periodic analog signal approximated by the value of a digital counter based on a clock signal. In the following, the expression “carrier (or signal) generated based on a clock signal” indicates that the carrier (or signal) is generated using a digital counter based on this clock signal.

[0006] Ein Modulator kann verschiedene Modulationen durchführen, zum Beispiel eine Pulsweitenmodulation, eine Pulsfrequenzmodulation, eine Raumvektormodulation oder kann vielleicht optimierte Pulsmuster verwenden, um seine Eingaben in seine Ausgaben umzuwandeln. A modulator can perform various modulations, for example pulse width modulation, pulse frequency modulation, space vector modulation, or perhaps use optimized pulse patterns to convert its inputs to its outputs.

[0007] Im Fall eines Pulsweitenmodulators ist der Träger eine periodische Wellenform, z.B. eine Sägezahn- oder Dreieckswellenform, die basierend auf einem Taktsignal erzeugt wird, und der Hauptmodulationsparameter ist ein Schwellenwert. Wenn der Wert des Trägers höher als der Schwellenwert ist, befindet sich das Modulationssignal in einem hohen Zustand, andernfalls ist es in einem niedrigen Zustand. In the case of a pulse width modulator, the carrier is a periodic waveform, such as a sawtooth or triangle waveform, generated based on a clock signal, and the main modulation parameter is a threshold. If the value of the carrier is higher than the threshold, the modulation signal is in a high state, otherwise it is in a low state.

[0008] Die Modulationssignale werden im Allgemeinen zum Steuern eines oder mehrerer Leistungshalbleiterschalter(s) der Leistungsstufe verwendet, z.B. zum Bestimmen der Schaltzeitpunkte dieser Schalter. The modulation signals are generally used to control one or more power semiconductor switches of the power stage, e.g., to determine the switching instants of these switches.

[0009] Modulare Leistungsumwandlungssysteme, die einen Stromkreis mit mehreren leistungselektronischen Bausteinen (PEBBs) umfassen, sind wohl bekannt. Es sind beispielsweise Systeme bekannt, die zwischen 1 und 2 000 Blöcke oder mehr umfassen. Die Verwendung einer modularen Konstruktion ermöglicht es, die Nennwerte und Leistung von Stromrichtern durch Parallelschaltung oder Stapeln verschiedener PEBBs einfach zu skalieren. Darüber hinaus sind modulare Umrichter einfacher und kostengünstiger zu entwickeln und zu warten und sind aufgrund möglicher Redundanzen auch zuverlässiger. [0009] Modular power conversion systems that include a circuit with multiple power electronic packages (PEBBs) are well known. For example, systems are known which comprise between 1 and 2,000 blocks or more. The use of a modular design allows the ratings and performance of power converters to be easily scaled by paralleling or stacking different PEBBs. In addition, modular converters are easier and less expensive to develop and maintain, and are also more reliable due to possible redundancies.

[0010] Beispiele für modulare Leistungswandler sind in US 5642275A, DE10103031A1 oder US20100156188A1 angegeben. Examples of modular power converters are given in US 5642275A, DE10103031A1 or US20100156188A1.

[0011] Für ein nicht modulares Energieumwandlungssystem kann das Gesamtsystem einem einzigartigen PEBB assimiliert werden. For a non-modular power conversion system, the overall system can be assimilated to a unique PEBB.

[0012] Ein bekannter Nachteil von modularen Energieumwandlungssystemen ist der schwierige Betrieb und die Koordination der mehreren PEBBs, bei denen die Modulationssignale durch geeignete Techniken synchronisiert werden müssen. Dies ist besonders anspruchsvoll, wenn sich die Modulatoren innerhalb der PEBBs befinden und wenn diese physikalisch getrennt oder geografisch verteilt sind, wie in grossen Anlagen. A known disadvantage of modular power conversion systems is the difficult operation and coordination of the multiple PEBBs, which require the modulation signals to be synchronized by appropriate techniques. This is particularly challenging when the modulators are within the PEBBs and when these are physically separate or geographically distributed, as in large facilities.

[0013] In der Praxis bringt die Synchronisation von einer Mehrzahl von Modulationssignalen welche durch eine Vielzahl von Modulatoren erzeugt werden, die sich in verschiedenen PEBBs befinden, zwei Arten von Problemen mit sich: erste Problemart: Synchronisieren des Betriebs der Modulatoren; dies impliziert, dass es möglich sein muss, die relativen Phasen und Frequenzen der entsprechenden Modulationssignale einzustellen und zu mastern/beherrschen; zweite Problemart: Bewahrung der zeitlichen Integrität der Modulationssignale zwischen dem(n) Modulator(en) und den Leistungsschaltern.In practice, the synchronization of a plurality of modulation signals generated by a plurality of modulators located in different PEBBs involves two types of problems: first type of problem: synchronizing the operation of the modulators; this implies that it must be possible to adjust and master the relative phases and frequencies of the corresponding modulation signals; second type of problem: preservation of the temporal integrity of the modulation signals between the modulator(s) and the power switches.

[0014] WO14207436A1 und WO13102779 sind Beispiele für Post-Modulationssynchronisationssysteme in Bezug auf den oben erwähnten zweiten Typ von Fragen. WO14207436A1 and WO13102779 are examples of post-modulation synchronization systems related to the second type of questions mentioned above.

[0015] Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem ersten Problemtyp. The present invention addresses the first type of problem.

[0016] Verschiedene Bedenken beziehen sich auf die Synchronisation der Modulationssignale, die unterschiedlichen Anforderungen in Bezug auf die zeitliche Genauigkeit entsprechen. Im Kontext der vorliegenden Erfindung gibt der Ausdruck „zeitliche Genauigkeit“ diejenige Genauigkeit an, mit der die Phasendifferenz zwischen zwei Signalen gesteuert werden kann, z.B. gemastered/beherrscht und angepasst. Diese „zeitliche Genauigkeit“ kann auch als „zeitlicher Jitter“ oder einfach „Jitter“ bezeichnet werden. Various concerns relate to the synchronization of modulation signals that meet different requirements in terms of timing accuracy. In the context of the present invention, the term "temporal accuracy" indicates that accuracy with which the phase difference between two signals can be controlled, e.g., mastered and adjusted. This "time accuracy" can also be referred to as "time jitter" or simply "jitter".

[0017] Insbesondere können in einem verteilten Modulationssystem drei unterschiedliche Arten von Anforderungen an zeitliche Genauigkeiten unterschieden werden: Typ A: Wenn PEBBs oder Gruppen von PEBBs als getrennte Wandler mit niedrigen Pulszahlen betrieben werden, beispielsweise als parallel geschaltete Sechs- oder Zwölfpulswandler, steht die notwendige Genauigkeit der Synchronisation im Zusammenhang mit einem kleinen Bruchteil des AC-Leistungssignals. Beispielsweise, unter Annahme eines 50 Hz AC-Signals (Wechselsignals), führt dies typischerweise zu Anforderungen in der Grössenordnung von 10µs bis 1ms. Typ B: Wenn PEBBs oder Gruppen von PEBBS einen Wandler mit höheren Pulszahlen bilden, wie beispielsweise PWM-betriebene Wandler, bezieht sich die notwendige Genauigkeit der Synchronisation zwischen den Wandlern auf einen kleinen Bruchteil der Schaltfrequenz. Beispielsweise, unter Annahme einer scheinbaren Schaltfrequenz von 2 kHz ergeben sich typischerweise Anforderungen in der Grössenordnung von 500ns bis 10µs. Diese Bedenken ergeben sich ebenfalls zwischen den Schaltzellen, welche die Multilevel-Wandler bilden. Typ C: Wenn Leistungshalbleiterschalter direkt in Reihe oder parallel betrieben werden müssen, bezieht sich die erforderliche Genauigkeit der Synchronisation auf einen kleinen Bruchteil der Schaltübergangszeit (vom AUS- in den EIN-Zustand oder umgekehrt). Zum Beispiel ist eine Genauigkeit von 50ns oder mehr notwendig, um parallel oder in Reihe geschaltete Schalter ohne viele zusätzliche Massnahmen zu betreiben.In particular, in a distributed modulation system, three different types of requirements for time accuracies can be distinguished: Type A: When PEBBs or groups of PEBBs are operated as separate low pulse count converters, such as six or twelve pulse converters connected in parallel, the need for synchronization accuracy is related to a small fraction of the AC power signal. For example, assuming a 50 Hz AC signal (alternating signal), this typically results in requirements on the order of 10µs to 1ms. Type B: When PEBBs or groups of PEBBS form a converter with higher pulse counts, such as PWM-driven converters, the necessary accuracy of synchronization between the converters relates to a small fraction of the switching frequency. For example, assuming an apparent switching frequency of 2 kHz, the requirements are typically in the order of 500ns to 10µs. These concerns also arise between the switch cells that make up the multilevel converters. Type C: When power semiconductor switches must be operated directly in series or in parallel, the required accuracy of synchronization relates to a small fraction of the switching transition time (from OFF to ON state or vice versa). For example, an accuracy of 50ns or more is needed to operate switches connected in parallel or in series without many additional measures.

[0018] Die „zeitliche Genauigkeit“, die in einem verteilten Modulationssystem für Leistungsanwendungen erforderlich ist, muss daher besser als 1ms und oft in der Grössenordnung von einigen Zehn bis einigen Hundert Nanosekunden sein. The "time accuracy" required in a distributed modulation system for power applications must therefore be better than 1 ms and often of the order of tens to hundreds of nanoseconds.

[0019] Der offensichtlichste Ansatz für das Synchronisieren des Betriebs mehrerer Modulatoren besteht darin, an jeden von ihnen ein gemeinsames Taktsignal unter Verwendung einer dedizierten elektrischen oder optischen Leitung zu verteilen. Auf jedem Fall entspricht dieses Signal einer zusätzlichen Leitung, die dem bereits zwischen den Modulatoren existierenden Kommunikationskanal hinzugefügt werden muss. The most obvious approach to synchronizing the operation of multiple modulators is to distribute to each of them a common clock signal using a dedicated electrical or optical line. In any case, this signal corresponds to an additional line to be added to the communication channel already existing between the modulators.

[0020] Dieser Ansatz wird beispielsweise in DE102013106006 verwendet, wo die Frequenz des verteilten Taktsignals ähnlich der des Wechselstromsignals ist, wodurch eine Synchronisierung des oben beschriebenen Typs A erreicht wird. This approach is used, for example, in DE102013106006, where the frequency of the distributed clock signal is similar to that of the AC signal, thereby achieving synchronization of type A described above.

[0021] Alternativ kann ein Taktsignal mit einer Frequenz ähnlich derjenigen der Schaltfrequenz an die PEBB-Controller geführt werden. Eine Synchronisierung des obigen Typs B kann somit erreicht werden. Alternatively, a clock signal with a frequency similar to that of the switching frequency can be fed to the PEBB controllers. A synchronization of the above type B can thus be achieved.

[0022] Die Anzahl der Signale, die von der Regelstufe erzeugt werden müssen, nimmt mit der Anzahl der PEBBs zu. Wenn daher in grossen Systemen zusätzliche Synchronisationssignale vorhanden sein müssen, erfordert dies eine prohibitive Anzahl von Leitungen zu den PEBBs. The number of signals that must be generated by the control stage increases with the number of PEBBs. Therefore, if additional synchronization signals need to be present in large systems, this requires a prohibitive number of lines to the PEBBs.

[0023] Anstatt ein gemeinsames Taktsignal zu verteilen, kann die Synchronisation mittels eines Kommunikationskanals in Verbindung mit einem geeigneten Synchronisationsprotokoll erreicht werden. PTP über Ethernet ist ein Beispiel für ein solches Synchronisationsprotokoll bzw. einen solchen Kommunikationskanal. Instead of distributing a common clock signal, the synchronization can be achieved by means of a communication channel in connection with a suitable synchronization protocol. PTP over Ethernet is an example of such a synchronization protocol or communication channel.

[0024] In grossen Systemen mit einer hohen Anzahl von PEBBs, erfordert das Synchronisationsprotokoll eine erhebliche Menge an Daten, die kontinuierlich übertragen werden müssen, wodurch die verfügbare Bandbreite für einen nützlicheren Informationsaustausch (Nutzlast) reduziert wird. In large systems with a high number of PEBBs, the synchronization protocol requires a significant amount of data to be transmitted continuously, reducing the available bandwidth for more useful information exchange (payload).

[0025] Alternativ können speziellere Techniken eingerichtet werden. Zum Beispiel beschreibt EP2800262 eine Regelstufe zum Anweisen von N Leistungswandlern. Die Erfindung ist jedoch beschränkt auf eine Synchronisation des obigen Typs B und die Erzeugung von phasenverschobenen Trägern, die um 360/N Grad verschoben sind. Alternatively, more specialized techniques can be implemented. For example, EP2800262 describes a control stage for commanding N power converters. However, the invention is limited to synchronization of type B above and the generation of phase-shifted carriers that are shifted by 360/N degrees.

[0026] Folglich besitzen in allen obigen Fällen die Slave-Schaltungen (d. h. die PEBBs und ihre Modulatoren) ihre eigenen individuellen Taktungsressourcen (Oszillatoren, Kristalle usw.) und werden daher auf getrennten Zeitbasen getaktet. Daher gehören sie inhärent zu getrennten Taktdomänen und bilden ein Set von plesiochronen Systemen. Consequently, in all of the above cases, the slave circuits (i.e. the PEBBs and their modulators) have their own individual clocking resources (oscillators, crystals, etc.) and are therefore clocked on separate time bases. Therefore, they inherently belong to separate clock domains and form a set of plesiochronous systems.

[0027] Im Kontext der vorliegenden Erfindung gibt der Ausdruck „die Schaltungen gehören zu getrennten Taktbereichen“ an, dass diese Schaltungen keine gemeinsame Zeitbasis haben. Als Konsequenz weichen ihre Takte voneinander ab, da ihre Frequenzen nicht genau dieselben sind. Damit zwei Takte zur selben Taktdomäne gehören, müssen sie entweder von derselben Quelle erzeugt werden oder die Takte eine konstante Phasenbeziehung und einen niedrigen relativen Jitter haben. In the context of the present invention, the expression "the circuits belong to separate clock domains" indicates that these circuits do not have a common time base. As a consequence, their clocks differ from each other since their frequencies are not exactly the same. For two clocks to belong to the same clock domain, they must either be generated from the same source, or the clocks must have a constant phase relationship and low relative jitter.

[0028] Da Taktdrift zwischen Systemen, die zu getrennten Taktdomänen gehören, unvermeidbar sind, ist eine periodische oder konstante Neusynchronisation zwischen Modulatoren, die zu getrennten Taktdomänen gehören, obligatorisch. Since clock drifts between systems belonging to separate clock domains are unavoidable, periodic or constant resynchronization between modulators belonging to separate clock domains is mandatory.

[0029] Je genauer die gewünschte Synchronisation in plesiochronen Systemen ist, desto häufiger muss das Synchronisationsprotokoll durchgeführt werden oder desto weniger dürfen die verschiedenen Taktdomänen voneinander abweichen. Dies impliziert entweder sehr genaue und teure Taktungsressourcen oder intensive Neusynchronisierungsbemühungen. [0029] The more precise the desired synchronization is in plesiochronous systems, the more frequently the synchronization protocol must be carried out or the less the different clock domains may deviate from one another. This implies either very accurate and expensive clocking resources or intensive resynchronization efforts.

[0030] Daher ist keine dieser Lösungen nach dem Stand der Technik für moderne modulare Energieumwandlungssysteme geeignet, die eine grosse Anzahl leistungselektronischer Bausteine und hohe Anforderungen hinsichtlich der zeitlichen Genauigkeit der Synchronisation aufweisen. Therefore, none of these solutions according to the prior art is suitable for modern modular energy conversion systems that have a large number of power electronic components and high requirements with regard to the time accuracy of the synchronization.

[0031] Ausserdem garantiert keine dieser Lösungen nach dem Stand der Technik eine zeitliche Genauigkeit von 50ns oder besser, was notwendig ist, um parallel oder in Reihe geschaltete Schalter ohne viele zusätzliche Massnahmen zu betreiben. In addition, none of these prior art solutions guarantees a timing accuracy of 50 ns or better, which is necessary to operate parallel or series switches without many additional measures.

[0032] EP2408110 beschreibt eine Energieumwandlungsvorrichtung und insbesondere Wechselrichter und ihre Steuerungen. Die Energie wird von einer Wechselstromquelle über eine Mehrzahl von parallelen Einzelantrieben an einen Motor übertragen, wobei jeder Antrieb einen Wechselrichter aufweist. Optische Fasern oder Leiter verbinden eine Steuerschaltung mit den Wechselrichtern. Ein periodischer Synchronisationsimpuls wird an die Versorgungslagenschaltung jedes der parallelen Inverter übertragen, um den Betrieb und die Datenübertragung für jeden der parallelen Inverter zu synchronisieren. Das Dokument anerkennt, dass Drifts oder Unterschiede in Pulsfrequenzen von lokalen Oszillatoren in der Verarbeitungsschaltung der Versorgungslagenschaltung über einen Zeitraum hinweg einen Synchronisationsverlust zwischen Synchronisationsimpulsen und dann Fehler verursachen können. Daher werden die Daten für die Synchronisation in diejenigen Daten eingebettet, die entlang der optischen Fasern oder Leiter vorgesehen sind, welche die Steuerschaltung mit den Antrieben verbinden. Diese Daten ermöglichen eine Taktdatenwiederherstellung auf der Versorgungsschicht innerhalb der Inverter. Auf der Grundlage der Taktdatenwiederherstellung auf der Versorgungslage korrigiert die Versorgungslagenschaltung jedes Inverters periodisch die Abweichungen ihres lokalen Oszillators durch Addieren oder Subtrahieren eines Taktzyklus. EP2408110 describes an energy conversion device and in particular inverters and their controls. Power is transferred from an AC power source to a motor through a plurality of parallel individual drives, each drive having an inverter. Optical fibers or conductors connect a control circuit to the inverters. A periodic synchronization pulse is transmitted to the power layer circuit of each of the parallel inverters to synchronize operation and data transfer for each of the parallel inverters. The document recognizes that drifts or differences in pulse frequencies of local oscillators in the processing circuitry of the power layer circuit can cause a loss of synchronization between synchronization pulses and then errors over a period of time. Therefore, the data for the synchronization is embedded in the data provided along the optical fibers or conductors connecting the control circuitry to the drivers. This data enables clock data recovery at the power layer within the inverters. Based on the clock data recovery on the supply plane, each inverter's supply plane circuit periodically corrects the drifts of its local oscillator by adding or subtracting a clock cycle.

Kurze Zusammenfassung der ErfindungBrief Summary of the Invention

[0033] Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb eines verteilten Modulationssystems vorzuschlagen, bei dem die modulierten Signale mit einer hohen zeitlichen Genauigkeit, beispielsweise einer Genauigkeit von 50ns oder besser, gesteuert werden können. It is therefore an object of the present invention to propose an apparatus and a method for operating a distributed modulation system in which the modulated signals can be controlled with a high temporal accuracy, for example an accuracy of 50 ns or better.

[0034] Vorzugsweise wird ein verteiltes Modulationssystem und - verfahren vorgeschlagen, bei dem keine extra Leitung erforderlich ist, die ein Synchronisationssignal führt. A distributed modulation system and method is preferably proposed in which no extra line carrying a synchronization signal is required.

[0035] Vorzugsweise wird ein verteiltes Modulationssystem und - verfahren vorgeschlagen, bei dem die Synchronisation weniger Datenkommunikationsbandbreite verbraucht als die bekannten Lösungen. Preferably, a distributed modulation system and method is proposed in which synchronization consumes less data communication bandwidth than known solutions.

[0036] Vorzugsweise wird ein verteiltes Modulationssystem und - verfahren vorgeschlagen, das eine vollständige Flexibilität bei der Konfiguration der Trägerfrequenzen und der relativen Phasen zwischen den verteilten Modulatoren bietet. Preferably, a distributed modulation system and method is proposed that offers complete flexibility in configuring the carrier frequencies and relative phases between the distributed modulators.

[0037] Diese Ziele werden erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung gemäss Anspruch 1 und durch ein Modulationssystem gemäss Anspruch 8 erreicht. According to the invention, these aims are achieved by a device according to claim 1 and by a modulation system according to claim 8.

[0038] Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Ausdruck „Endknoten“ eine Schaltung, die zu der Regelstufe eines Leistungswandlers gehört und konfiguriert ist, um mit der Leistungsstufe eines solchen Wandlers zu kommunizieren, z.B. mit einem PEBB. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Endknoten physikalisch von einem PEBB getrennt. In einer anderen Ausführungsform können ein Endknoten und ein PEBB in derselben Schaltung oder Baugruppe integriert sein. In the context of the present invention, the term "end node" means circuitry associated with the control stage of a power converter and configured to communicate with the power stage of such a converter, e.g., a PEBB. In a preferred embodiment, the end node is physically separate from a PEBB. In another embodiment, an end node and a PEBB may be integrated in the same circuit or assembly.

[0039] Die Modulationssignale vom Endknoten sind zum Bestimmen der zeitlichen Momente einiger Operationen konfiguriert: In einer bevorzugten Ausführungsform werden sie zum Bestimmen der Schaltzeitpunkte von Leistungsschaltern eines mit dem Endknoten verbundenen PEBB verwendet. The modulation signals from the end node are configured to determine the instants in time of some operations: in a preferred embodiment they are used to determine the switching instants of power switches of a PEBB connected to the end node.

[0040] In anderen Ausführungsformen, worin der Endknoten nicht mit einem PEBB verbunden ist, können die Modulationssignale jedoch zum Bestimmen zeitlicher Momente einiger Messungen verwendet werden, z.B. der Abtastzeitpunkte von Analog-Digital-Wandlern in der so aufgebauten Steuerungsinfrastruktur. However, in other embodiments, where the end node is not connected to a PEBB, the modulation signals can be used to determine instants in time of some measurements, for example the sampling instants of analog-to-digital converters in the control infrastructure so constructed.

[0041] Da die Erzeugung des Trägers direkt auf dem zuwiederhergestellten Taktsignal basiert, hat das das den Modulator ansteuernde Taktsignal synton mit dem Referenztaktsignal der Hauptsteuerung. Wenn daher mindestens zwei Endknoten im verteilten Modulationssystem vorhanden sind, ist jedes ihre Modulatoren antreibendes Taktsignal mit dem Referenztaktsignal des Steuermasters synton, so dass die Taktsignale, welche die Modulatoren antreiben, ebenfalls untereinander identisch sind. Since the generation of the carrier is based directly on the recovered clock signal, the clock signal driving the modulator is in syntony with the master controller's reference clock signal. Therefore, when there are at least two end nodes in the distributed modulation system, each clock signal driving their modulators is syntonic with the reference clock signal of the controlling master, so that the clock signals driving the modulators are also mutually identical.

[0042] Damit zwei Takte synton sind (d. h. genau dieselbe Frequenz haben), müssen sie zu derselben Taktdomäne gehören. For two clocks to be syntonic (i.e. have exactly the same frequency), they must belong to the same clock domain.

[0043] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Endknoten einen elektrischen Pfad, der das Taktwiederherstellungsmodul direkt mit dem Modulator verbindet, so dass der Modulator das wiederhergestellte Taktsignal direkt zum Erzeugen der Träger verwendet. In a preferred embodiment, the end node comprises an electrical path that connects the clock recovery module directly to the modulator so that the modulator uses the recovered clock signal directly to generate the carriers.

[0044] In einer Ausführungsform gehört das Taktwiederherstellungsmodul zu einer PHY-Schaltung. Im Kontext der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Ausdruck „PHY-Schaltung“ eine Schaltung, die physikalische Schichtfunktionen (Schicht 1) gemäss dem OSI-Modell implementiert. In one embodiment, the clock recovery module is associated with a PHY circuit. In the context of the present invention, the term "PHY circuit" denotes a circuit that implements physical layer functions (Layer 1) according to the OSI model.

[0045] In einer Ausführungsform umfasst der Endknotenzudem eine Taktreinigungsschaltung. Diese Taktreinigungsschaltung kann in das Taktwiederherstellungsmodul integriert sein oder kann ein diskretes Gerät sein. In one embodiment, the end node also includes clock cleaning circuitry. This clock cleaning circuit can be integrated into the clock recovery module or can be a discrete device.

[0046] In einer Ausführungsform ist die PHY-Schaltung einer MAC-Schaltung zugeordnet, die konfiguriert ist, um die Steuerdaten einschliesslich eines Satzes von Modulationsparametern von der PHY-Schaltung zu empfangen, wie noch darlegt wird. In one embodiment, the PHY circuit is associated with a MAC circuit that is configured to receive the control data including a set of modulation parameters from the PHY circuit, as will be explained.

[0047] In einer Ausführungsform basiert das Mastering und das Einstellen der Anfangsphasendifferenz zwischen dem mindestens einem periodischen Träger und dem Unterbrechungssignal auf dem Präzisionszeitprotokoll, wie es durch den Standard IEEE1588 definiert ist. In one embodiment, the mastering and setting of the initial phase difference between the at least one periodic carrier and the interrupt signal is based on the Precision Time Protocol as defined by the IEEE1588 standard.

[0048] Die Überwachungsschaltung ist eingerichtet, um diese Phasenunterschiede mit einer zeitlichen Genauigkeit von 50ns oder besser zu steuern. The monitoring circuit is set up to control these phase differences with a temporal accuracy of 50 ns or better.

[0049] Für zwei oder mehr Endknoten gilt daher: ihre Modulatoren werden durch Takte angesteuert, die untereinander synton und auch synton mit dem Referenztaktsignal des Steuermasters sind; sie besitzen eine Phasendifferenz zwischen den Trägern ihrer Modulatoren, die gemastered und eingestellt werden können.The following therefore applies to two or more end nodes: their modulators are driven by clocks which are syntonous to each other and also syntonous to the reference clock signal of the control master; they have a phase difference between the carriers of their modulators that can be mastered and adjusted.

[0050] Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden zwei periodische Signale, die von Synton-Takten abgeleitet sind und eine einstellbare und gesteuerte Phasendifferenz aufweisen, als „vollkommen synchron“ bezeichnet. In the context of the present invention, two periodic signals derived from synton clocks and having an adjustable and controlled phase difference are referred to as "perfectly synchronous".

[0051] Daher sind im Fall eines Endknoten die Träger der Modulatoren und das Unterbrechungssignal des Steuermasters „vollkommen synchron“. Therefore, in the case of an end node, the carriers of the modulators and the interrupt signal of the control master are "perfectly synchronous".

[0052] Wenn mehr als ein Endknoten vorhanden ist, sind die Träger der Modulatoren der Endknoten „vollkommen synchron“, da jeder Träger und das Unterbrechungssignal des Steuermasters „vollkommen synchron“ sind. When there is more than one end node, the carriers of the end nodes' modulators are "perfectly synchronous" since each carrier and the interrupt signal of the control master are "perfectly synchronous".

[0053] In einer Ausführungsform umfasst der Modulator des Endknotens zudem ein Vorskalierungsmodul, um die Frequenz des wiedergewonnenen Taktsignals zu reduzieren, indem die Frequenz des wiedergewonnenen Taktsignals durch eine ganze Zahl dividiert wird, z.B. von 1 bis 10. Anders ausgedrückt kann jedes Trägersignal durch einen Zähler erzeugt werden, der auf einem ganzzahligen Teil des wiederhergestellten Taktes basiert. In one embodiment, the end node modulator further comprises a prescaling module to reduce the frequency of the recovered clock signal by dividing the frequency of the recovered clock signal by an integer, e.g., from 1 to 10 Counter can be generated based on an integer portion of the recovered clock.

[0054] Die Verwendung eines Taktwiederherstellungsmoduls in jedem Endknoten ermöglicht die Verwendung eines Takts, der aus dem Datenübertragungsnetzwerk wiederhergestellt wird, wodurch die Auswirkungen der Taktverschiebung zwischen den Endknoten und zwischen den Endknoten und dem Steuermaster umgangen werden können, und daher den verteilten Modulatoren ermöglicht wird, derselben Taktdomäne anzugehören und tatsächlich eine gemeinsame Zeitbasis zu verwenden, die durch den vom Steuermaster erzeugten Referenztakt definiert wird. The use of a clock recovery module in each end node allows the use of a clock recovered from the data transmission network, thereby bypassing the effects of clock skew between the end nodes and between the end nodes and the control master, and therefore allows the distributed modulators belonging to the same clock domain and actually using a common time base defined by the reference clock generated by the controlling master.

[0055] Als Konsequenz können die verteilten Modulatoren nur einmal synchronisiert werden, typischerweise während des Systemstarts, durch Mastering und Einstellen der anfänglichen Phasendifferenz zwischen den Trägern und dem Unterbrechungssignal, d. h. der Phasendifferenz zwischen den Trägern und dem Unterbrechungssignal während des Systemstarts. Daher wird praktisch keine Datenbandbreite von den Synchronisationsmechanismen während der Laufzeit verbraucht. As a consequence, the distributed modulators can only be synchronized once, typically during system start-up, by mastering and adjusting the initial phase difference between the carriers and the interrupt signal, i. H. the phase difference between the carriers and the interrupt signal during system start-up. Therefore, practically no data bandwidth is consumed by the synchronization mechanisms during runtime.

[0056] Folglich kann die Genauigkeit der erhaltenen Synchronisation gleich oder besser als 50ns sein und sie ermöglicht Synchronisationen des oben beschriebenen Typs C. Consequently, the accuracy of the synchronization obtained can be equal to or better than 50 ns and it allows synchronizations of the type C described above.

[0057] Folglich, weil das Taktsignal im Datenübertragungsnetzwerk eingebettet ist, erfordert die Synchronisation keine dedizierten Leitungen. Daher wird die Anzahl der erforderlichen Leitungen reduziert. Consequently, because the clock signal is embedded in the data transmission network, synchronization does not require dedicated lines. Therefore, the number of lines required is reduced.

[0058] Im Kontext der Anmeldung bedeutet der Begriff „Einbetten“ das Integrieren als inhärenten Teil. Daher gilt ein Taktsignal, das von den Übergängen in einem Datenübertragungskanal wiederhergestellt werden kann, als in diesen Datenübertragungskanal eingebettet. Das gleiche gilt für einen Satz von Datenübertragungskanälen, d. h. ein Datenübertragungsnetz. In the context of the application, the term "embedding" means integrating as an inherent part. Therefore, a clock signal that can be recovered from the transitions in a data pipe is said to be embedded in that data pipe. The same applies to a set of data transmission channels, i. H. a data transmission network.

[0059] Gemäss einem Aspekt der Erfindung kann mindestens ein Signal, das vom Transceiver des Endknotens an den Steuermaster über das Datenübertragungsnetzwerk gesendet wird, mit einem Taktsignal getaktet werden, das sich vom wiederhergestellten Taktsignal unterscheidet. According to one aspect of the invention, at least one signal sent from the transceiver of the end node to the controlling master via the data transmission network can be clocked with a clock signal that differs from the recovered clock signal.

[0060] Mindestens ein spezieller Netzwerkschalter kann im Datenübertragungsnetzwerk, das durch einen oder mehrere Datenübertragungskanäle zwischen mindestens einem Steuermaster und mindestens einem Endknoten gebildet wird, angeordnet sein. Die Modulationsparameter sowie andere Daten können durch diesen speziellen Netzwerkschalter geleitet werden. Dies erleichtert die Verbindung der verschiedenen Endknoten im System. At least one dedicated network switch can be arranged in the data transmission network formed by one or more data transmission channels between at least one control master and at least one end node. The modulation parameters as well as other data can be routed through this dedicated network switch. This facilitates the connection of the various end nodes in the system.

[0061] Falls ein spezieller Netzwerkschalter im Datenübertragungsnetz vorhanden ist, muss dieser spezielle Schalter das eingebettete Referenztaktsignal, das vom Steuermaster bezogen wird, zumindest für die Daten, die vom Steuermaster zu den Endknoten gelangen, übermitteln. Ausserdem, kann eine gewisse Verarbeitung der Datenpakete, wie zum Beispiel eine spezielle Aggregation und Desaggregation, notwendig sein, um ihre Grösse und somit die minimalen Datenübertragungsverzögerungen in dem Netzwerk zu reduzieren. If there is a special network switch in the data transmission network, this special switch has to transmit the embedded reference clock signal obtained from the control master, at least for the data coming from the control master to the end nodes. In addition, some processing of the data packets, such as special aggregation and deaggregation, may be necessary to reduce their size and hence the minimum data transmission delays in the network.

[0062] In einer bevorzugten Ausführungsform hängt die Anzahl von PHY-Schaltungen in jedem Endknoten von der Anzahl von Steuermastern ab, mit denen der Endknoten verbunden werden muss. In einem solchen Fall kann der Endknoten einen Multiplexer umfassen, der zum Multiplexen der Signale von den PHY-Schaltungen konfiguriert ist. In a preferred embodiment, the number of PHY circuits in each end node depends on the number of controlling masters to which the end node needs to be connected. In such a case, the end node may include a multiplexer configured to multiplex the signals from the PHY circuits.

[0063] In einer Ausführungsform der Erfindung können mindestens zwei Steuermaster verwendet werden, wodurch mindestens zwei unterschiedliche Referenztaktsignale in mindestens zwei unterschiedliche Datenübertragungsnetzwerke verteilt werden. In diesem Fall ist das Überwachungsmodul auch dafür konfiguriert, nur ein zuwiederhergestelltes Taktsignal auszuwählen, wobei die Auswahl gemäss einigen Rückfall- oder Fehlertoleranzkriterien in Bezug auf eine Betriebsart im redundanten Modus durchgeführt wird. In an embodiment of the invention, at least two control masters can be used, whereby at least two different reference clock signals are distributed in at least two different data transmission networks. In this case, the monitoring module is also configured to select only a clock signal to be recovered, the selection being made according to some fallback or fault tolerance criteria related to an operating mode in the redundant mode.

[0064] In diesem Fall muss jeder Endknoten mindestens zwei Taktwiederherstellungsschaltungen aufweisen, um die mindestens zwei Takte zu extrahieren und einen davon auszuwählen, um den Modulator anzutreiben. Dies ermöglicht die Verwendung eines Multiplexers, um zu Redundanzzwecken von einem Steuermaster zu einem anderen zu wechseln. Wenn mindestens zwei Steuermaster und somit Referenztakte verwendet werden, müssen alle Endknoten denselben Referenztakt verwenden, der von demselben Netzwerk wiederhergestellt wird. Andernfalls kann eine perfekte Synchronisation der Träger nicht erreicht werden. In this case, each end node must have at least two clock recovery circuits to extract the at least two clocks and select one of them to drive the modulator. This allows the use of a multiplexer to switch from one control master to another for redundancy purposes. If at least two control masters and thus reference clocks are used, all end nodes must use the same reference clock recovered from the same network. Otherwise, perfect synchronization of the carriers cannot be achieved.

[0065] In einer Ausführungsform umfasst der Endknoten ferner eine MAC-Schaltung, die konfiguriert ist, um die Modulationsparameter und andere Steuerdaten von der PHY-Schaltung zu empfangen. Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist eine „MAC-Schaltung“ eine Schaltung welche die Medienzugriffssteuerung des OSl-Modells implementiert. In one embodiment, the end node further includes MAC circuitry configured to receive the modulation parameters and other control data from the PHY circuitry. In the context of the present invention, a "MAC circuit" is a circuit that implements the media access control of the OSI model.

[0066] Daher ist in einer Ausführungsform die Überwachungsschaltung des Endknotens auch konfiguriert, um die wiederhergestellten Taktsignale und Datenausgaben der MAC-Schaltungen zu beobachten, um Defekte im primären Netzwerk zu erkennen und durch den Multiplexer zu einem Sekundärnetzwerk zu wechseln. Dieser Multiplexer kann auch an einem anderen Punkt des Datenweges arbeiten, wie beispielsweise zwischen den PHY- und MAC-Schaltungen. Therefore, in one embodiment, the end node monitoring circuitry is also configured to monitor the recovered clock signals and data outputs of the MAC circuits to detect failures in the primary network and switch through the multiplexer to a secondary network. This multiplexer can also operate at another point in the data path, such as between the PHY and MAC circuits.

[0067] In einer Ausführungsform umfasst der Endknoten zudem eine DMA-Schaltung, die konfiguriert ist, um die Modulationsparameter und andere Steuerdaten von der MAC-Schaltung zu empfangen. Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist eine „DMA-Schaltung“ eine Schaltung welche die Schichten 3 bis 7 des OSl-Modells implementiert. In one embodiment, the end node also includes a DMA circuit configured to receive the modulation parameters and other control data from the MAC circuit. In the context of the present invention, a "DMA circuit" is a circuit that implements layers 3 through 7 of the OSI model.

[0068] Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein verteiltes Modulationssystem gemäss Anspruch 8. The present invention also relates to a distributed modulation system according to claim 8.

[0069] Vorteilhafterweise ist das Taktsignal, das den Modulator antreibt, d.h. der Takt, der als eine Zeitbasis für den Modulator dient, das wiederhergestellte Referenztaktsignal des Steuermasters. Advantageously, the clock signal that drives the modulator, i.e. the clock that serves as a time base for the modulator, is the recovered reference clock signal of the control master.

[0070] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das System mindestens zwei Endknoten, wobei das Taktsignal zum Erzeugen der Träger in jedem Endknoten das wiederhergestellte Taktsignal ist, das mit dem Referenztaktsignal synton ist. In a preferred embodiment, the system comprises at least two end-nodes, wherein the clock signal for generating the carriers in each end-node is the recovered clock signal syntonous with the reference clock signal.

[0071] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das System mindestens einen leistungselektronischen Baustein, der mit mindestens einem Endknoten verbunden ist, wobei das/die Modulationssignal/e zum Bestimmen der Schaltzeitpunkte von Leistungsschaltern eines mit diesem Endknoten verbundenen Leistungsschalters konfiguriert ist/sind. In a preferred embodiment, the system comprises at least one electronic power module that is connected to at least one end node, the modulation signal(s) being/are configured to determine the switching times of power switches of a power switch connected to this end node.

[0072] In einer bevorzugten Ausführungsform bildet mindestens ein besagter leistungselektronischer Bausteineinen Multilevel-Konverter oder ist Teil eines solchen. In a preferred embodiment, at least one said power electronic component forms a multilevel converter or is part of one.

[0073] In einer bevorzugten Ausführungsform basieren die Datenübertragungskanäle auf Glasfaserverbindungen, die zu einer Rohdatenbandbreite von mehr als einem Gigabit pro Sekunde fähig sind. In a preferred embodiment, the data transmission channels are based on fiber optic links capable of raw data bandwidth in excess of one gigabit per second.

[0074] In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Datenübertragungskanäle Ethernet-Typ-Kanäle. In a preferred embodiment, the communication channels are Ethernet-type channels.

[0075] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das System zwei oder mehr Steuermaster, wobei jeder Steuermaster ein Referenztaktsignal (RefCLK_A, RefCLK_B) erzeugt. In a preferred embodiment, the system comprises two or more control masters, each control master generating a reference clock signal (RefCLK_A, RefCLK_B).

[0076] Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren für ein verteiltes Modulationssystem für leistungselektronische Anwendungen gemäss Anspruch 15. The present invention also relates to a method for a distributed modulation system for power electronic applications according to claim 15.

[0077] In einer Ausführungsform wird die anfängliche Synchronisation der Träger mittels eines Algorithmus erreicht, der auf dem Precision Time Protocol (PTP) basiert, wie er durch den Standard IEEE1588 definiert ist. In one embodiment, the initial synchronization of the carriers is achieved using an algorithm based on the Precision Time Protocol (PTP) as defined by the IEEE1588 standard.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

[0078] Die Erfindung wird anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das beispielhaft gegeben und durch die Figuren veranschaulicht wird, besser verständlich. Fig. 1 zeigt schematisch ein verteiltes Modulationssystem. Fig. 2 veranschaulicht schematisch einen Endknoten.The invention will be better understood from the description of an embodiment given by way of example and illustrated by the figures. 1 schematically shows a distributed modulation system. 2 schematically illustrates an end node.

Detaillierte Beschreibung möglicher Ausführungsformen der ErfindungDetailed description of possible embodiments of the invention

[0079] Figur 1 zeigt schematisch ein Beispiel eines modularen Leistungswandlers 2, der ein verteiltes Modulationssystem verwendet. Dieses Beispiel umfasst zwei Steuermaster 10, mehrere Datenübertragungskanäle 201, einige spezielle Netzwerkschalter 20 und eine Vielzahl an Endknoten 30, von denen einige mit leistungselektronischen Bausteinen 40 (PEBBs) verbunden sind. Der Zweck dieses Systems besteht darin, ein oder mehrere Leistungssignale in ein oder mehrere Leistungssignale mit unterschiedlicher Frequenz, Phase oder Amplitude umzuwandeln. Die Anzahl der Endknoten und PEBBs im System kann sich zwischen 1 und 200 oder mehr bewegen. Figure 1 shows schematically an example of a modular power converter 2 using a distributed modulation system. This example comprises two control masters 10, several data transmission channels 201, some special network switches 20 and a multitude of end nodes 30, some of which are connected to power electronic components 40 (PEBBs). The purpose of this system is to convert one or more power signals into one or more power signals of different frequency, phase or amplitude. The number of end nodes and PEBBs in the system can range from 1 to 200 or more.

[0080] Zum Beispiel könnte das Energieumwandlungssystem einen oder mehrere DC-zu-AC, DC-zu-DC, AC-zu-DC oder AC-zu-AC-Wandler, oder irgendeine Kombination davon, einrichten. [0080] For example, the power conversion system could implement one or more DC-to-AC, DC-to-DC, AC-to-DC, or AC-to-AC converters, or any combination thereof.

[0081] Einige der Komponenten des Energieumwandlungssystems können als modulare Baueinheiten implementiert sein, die zum Beispiel in einem oder mehreren Racks und Schränken montiert sind. Unterschiedliche Komponenten können in verschiedenen Räumen oder an unterschiedlichen Standorten montiert werden. [0081] Some of the components of the power conversion system may be implemented as modular building units, mounted in one or more racks and cabinets, for example. Different components can be assembled in different rooms or at different locations.

[0082] Die verschiedenen Endknoten können unabhängige Einheiten sein und können an räumlich entfernten Orten angeordnet sein, wie beispielsweise überall in grossen Wind- oder Solarparks. The various end nodes may be independent entities and may be located at remote locations, such as anywhere in large wind or solar farms.

[0083] Die Steuermaster 10 umfassen eine oder mehrere Überwachungssteuerung 100. Die Überwachungssteuerung 100 erzeugt Befehle für die Endknoten 30, einschliesslich mindestens eines Satzes von Modulationsparametern für die verteilten Modulatoren. Die Überwachungssteuerung erzeugt auch andere Parameter, Befehle, Steuerdaten und Signale zum Steuern und Konfigurieren der Endknoten 30. Die Überwachungssteuerung empfängt zudem Daten von den Endknoten 30, beispielsweise Mess- und Rückmeldedaten, und passt die Steuerung als Reaktion auf diese Rückmeldung an. The control masters 10 include one or more supervisory controllers 100. The supervisory controller 100 generates commands for the end nodes 30, including at least one set of modulation parameters for the distributed modulators. The supervisory controller also generates other parameters, commands, control data, and signals for controlling and configuring the end nodes 30. The supervisory controller also receives data from the end nodes 30, such as measurement and feedback data, and adjusts the controller in response to that feedback.

[0084] Der Steuermaster 10 umfasst ferner einen Zeitbasisgenerator 101 zum Erzeugen eines Referenztaktsignals RefCLK. Der Zeitbasisgenerator kann eine eigenständige Schaltung sein oder als Teil einer der Überwachungssteuerungen eingebettet sein. The control master 10 further comprises a time base generator 101 for generating a reference clock signal RefCLK. The time base generator can be a standalone circuit or embedded as part of one of the supervisory controllers.

[0085] Der Steuermaster 10 umfasst zudem einen Unterbrechungsgenerator 102 zum Erzeugen eines Unterbrechungssignals welches an die Überwachungssteuerungen 100 übertragen wird. Dieses Signal dient dazu festzustellen, zu welchen Zeitpunkten einige Verarbeitungs- und Steuerroutinen ausgeführt werden müssen. Es wird basierend auf dem Referenztaktsignal RefCLK erzeugt. The control master 10 also includes an interrupt generator 102 for generating an interrupt signal which is transmitted to the monitoring controllers 100. This signal is used to determine when some processing and control routines need to be performed. It is generated based on the reference clock signal RefCLK.

[0086] Die Steuermaster 10 können beispielsweise auf geeignet programmierten und angepassten „BoomBox“-Einheiten basieren, wie sie von der Anmelderin bereitgestellt werden. Gegebenenfalls können auch mehrere „BoomBox“-Einheiten gestapelt werden, wobei sie somit die mehreren Überwachungssteuerungen 100 eines gegebenen Steuermasters 10 bilden. The control masters 10 can be based, for example, on suitably programmed and adapted "BoomBox" units, as provided by the applicant. If desired, multiple "BoomBox" units can also be stacked, thus forming the multiple supervisory controllers 100 of a given control master 10.

[0087] Zumindest zwei Netzwerke A, B können um mindestens zwei Steuermaster 10 herum aufgebaut sein, um Redundanz bereitzustellen. Tatsächlich wird das so aufgebaute sekundäre Netzwerk B als ein Fallback-System im Falle eines fehlerhaften Betriebs des primären Netzwerks A verwendet. Dementsprechend werden somit mindestens zwei Netzwerke implementiert, die zwei verschiedene Referenztakte RefCLK_A und RefCLK_B verbreiten. At least two networks A, B can be built around at least two control masters 10 to provide redundancy. In fact, the secondary network B thus constructed is used as a fallback system in case of faulty operation of the primary network A. Accordingly, at least two networks are implemented, which propagate two different reference clocks RefCLK_A and RefCLK_B.

[0088] Die Überwachungssteuerung 100 umfasst eine Netzwerkschnittstelle, beispielsweise eine Gigabit-Ethernet-Schnittstelle, und sendet mindestens einen Satz von Modulationsparametern sowie andere Steuerdaten als Pakete über die Datenübertragungskanäle 201. Seine Netzwerkschnittstellen sind auf das Referenztaktsignal RefCLK synton und senden daher Datenpakete, die direkt mit diesem Referenztaktsignal getaktet sind. Das Taktsignal RefCLK ist somit in die Datenübertragungskanäle 201 eingebettet. The monitoring controller 100 includes a network interface, for example a gigabit Ethernet interface, and sends at least one set of modulation parameters and other control data as packets via the data transmission channels 201. Its network interfaces are syntonous to the reference clock signal RefCLK and therefore send data packets that directly are clocked with this reference clock signal. The clock signal RefCLK is thus embedded in the data transmission channels 201.

[0089] Eine Mehrzahl von Überwachungssteuerungen 100 kann in einem gegebenen Steuermaster 10 zum Hinzufügen von Redundanz verwendet werden, um die Bandbreite und die Anzahl von Befehlen, die während einer gegebenen Zeiteinheit erzeugt werden können, zu erhöhen, oder um die Anzahl an gehandhabten Datenübertragungskanälen zu erhöhen. A plurality of supervisory controllers 100 can be used in a given control master 10 to add redundancy, to increase the bandwidth and the number of commands that can be generated during a given unit of time, or to increase the number of communication channels handled raise.

[0090] Die speziellen Netzwerkschalter 20 sind dafür verantwortlich, Steuerdaten zwischen den Überwachungssteuerungen 100 und den Endknoten 30 und umgekehrt zu übertragen. Um dies zu tun, während gleichzeitig niedrige Übertragungsverzögerungen garantiert werden, können die speziellen Netzwerk-Switches 20 Datenpakete aggregieren und desaggregieren, um einige Beschränkungen zu umgehen, wie beispielsweise im Zusammenhang mit der minimalen Paketlänge. The dedicated network switches 20 are responsible for transferring control data between the supervisory controllers 100 and the end nodes 30 and vice versa. In order to do this while at the same time guaranteeing low transmission delays, the special network switches 20 can aggregate and de-aggregate data packets to circumvent some restrictions, such as those related to the minimum packet length.

[0091] Zudem gewährleisten die speziellen Netzwerkschalter 20 die Verbreitung des Referenztakts RefCLK über das gesamte Netzwerk. Um dies zu tun, müssen sie den eingebetteten Takt wiederholen, der vom Steuermaster 10 an den mit den Endknoten 30 verbundenen Ports empfangen wird. Andererseits müssen sie keinen Takt, der von den Endknoten 30 stammt, wiederherstellen noch ihn wiederverwenden, um Daten zurück an den Steuermaster zu übertragen. [0091] In addition, the special network switches 20 ensure that the reference clock RefCLK is distributed over the entire network. To do this, they must repeat the embedded clock received from the control master 10 on the ports connected to the end nodes 30. On the other hand, they do not have to recover a clock originating from the end nodes 30, nor reuse it to transmit data back to the controlling master.

[0092] Die Endknoten 30 werden detaillierter in Bezug auf Figur 2 beschrieben. Der Zweck dieser Schaltungen 30 besteht darin, die Modulationsparameter und andere Steuerdaten von den Überwachungssteuerungen 100 zu empfangen, um die Modulation durchzuführen, z.B. um die entsprechenden Leistungsschalter 40 zu steuern und einige andere Steuerdaten an ihre Überwachungssteuerung 100 zurück zu übertragen. The end nodes 30 are described in more detail with reference to FIG. The purpose of these circuits 30 is to receive the modulation parameters and other control data from the supervisory controls 100 in order to perform the modulation, e.g.

[0093] In einigen Fällen können die Endknoten 30 auch dafür verantwortlich sein, einige der Steueraufgaben zu übernehmen, die ansonsten von den Überwachungssteuerungen100 bearbeitet werden, wodurch die letzteren von einigen ihrer Aufgaben befreit werden. In some cases, the end nodes 30 may also be responsible for taking over some of the control tasks otherwise handled by the supervisory controllers 100, thereby freeing the latter from some of their tasks.

[0094] Die Modulationsparameter, die empfangen werden, können typische Parameter für eine Pulsweitenmodulationsstrategie sein, wie eine Frequenz, ein Arbeitszyklus, eine Phasenverschiebung, eine Austastzeit usw. oder irgendeine andere Art von Modulationsparametern. Sie können sich beispielsweise auch auf optimierte Impulsmuster beziehen, die lokal in Nachschlagetabellen gespeichert sind. The modulation parameters that are received can be typical parameters for a pulse width modulation strategy, such as frequency, duty cycle, phase shift, blanking time, etc., or any other type of modulation parameters. For example, you can also refer to optimized pulse patterns stored locally in lookup tables.

[0095] Die Leistungselektronikbausteine 40 empfangen die Modulationssignale auf den Modulationskanälen 401 sowie andere Eingabe-/Ausgabesignale auf den I/O-Kanälen 402, die von den Endknoten 30 erzeugt werden, und sind dafür verantwortlich, die Leistungssignale (nicht gezeigt) tatsächlich umzuwandeln und abzugeben. Jedes PEBB 40 umfasst in diesem Beispiel mindestens einen Leistungshalbleiterschalter. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jedes PEBB 40 eine Vielzahl von Leistungshalbleiterschaltern. The power electronics components 40 receive the modulation signals on the modulation channels 401 as well as other input/output signals on the I/O channels 402 generated by the end nodes 30 and are responsible for actually converting the power signals (not shown) and to deliver. Each PEBB 40 includes at least one power semiconductor switch in this example. In a preferred embodiment, each PEBB 40 includes a plurality of power semiconductor switches.

[0096] Im Allgemeinen ist ein Endknoten 30 physikalisch an einen leistungselektronischen Baustein 40 angeschlossen. Es sind jedoch auch andere Konfigurationen möglich, so beispielsweise die Verwendung einiger Endknoten 30, die möglicherweise nicht mit einem PEBB 40 verbunden sind, die jedoch nur ihre verteilten Modulatoren als Takt- und Synchronisationsressourcen verwenden, um beispielsweise den Synchronismus einiger Messungen mit der Bedienung der Leistungsschalter zu gewährleisten. In general, an end node 30 is physically connected to a power electronic device 40 . However, other configurations are possible, such as using some end nodes 30, which may not be connected to a PEBB 40, but which only use their distributed modulators as clock and synchronization resources, for example to ensure the synchronism of some measurements with the operation of the power switches to guarantee.

[0097] In einigen Fällen können der Endknoten 30 und der PEBB 40 physisch entfernt sein. In some cases, the end node 30 and the PEBB 40 may be physically remote.

[0098] Jedes PEBB 40 umfasst einen, oder mehrere Leistungshalbleiterschalter, wie beispielsweise ohne Einschränkung IGBTs, IGCTs, GTOs, Thyristoren usw. Die Form des Ausgangsleistungssignals wird durch die Schaltzeitpunkte dieser Komponenten bestimmt, die durch die Modulationssignale bestimmt werden, welche von den verteilten Modulatoren über die Modulationskanäle 401 gesendet werden. Each PEBB 40 includes one or more power semiconductor switches such as, without limitation, IGBTs, IGCTs, GTOs, thyristors, etc. The shape of the output power signal is determined by the switching instants of these components, which are determined by the modulation signals generated by the distributed modulators sent over the modulation channels 401.

[0099] Abhängig von der Organisation des Systems und den von den Überwachungscontrollern gesandten Modulationsparametern, kann das System eine Vielzahl von Funktionen realisieren, einschliesslich beispielsweise eines pulsweitenmodulierten Multilevel-Energieumwandlungssystems. Depending on the organization of the system and the modulation parameters sent by the supervisory controllers, the system can implement a variety of functions including, for example, a multilevel pulse width modulated energy conversion system.

[0100] Figur 2 veranschaulicht schematisch ein Beispiel eines Endknotens 30. Die dargestellte Schaltung enthält die Verbindung zu zwei Datenübertragungskanälen 201, die jeweils eine PHY-Schaltung 300 und eine MAC-Schaltung 301 verwenden. Sie umfasst auch einen Modulator 302, eine DMA-Schaltung 303 sowie weitere Peripheriegeräte 306. Ausserdem sind auch ein Überwachungsmodul 304 und ein Multiplexer 305 vorhanden, um auszuwählen, welcher wiederhergestellte Takt- und Datenübertragungskanal 201 verwendet werden sollte. In der dargestellten Ausführungsform sind alle Schaltungen in einem einzigen Chip integriert, beispielsweise in einen ASIC oder FPGA. Andere Kombinationen sind möglich. Figure 2 schematically illustrates an example of an end node 30. The circuit shown includes the connection to two data transmission channels 201, each using a PHY circuit 300 and a MAC circuit 301. It also includes a modulator 302, a DMA circuit 303 and other peripherals 306. There is also a monitor module 304 and a multiplexer 305 to select which recovered clock and data link 201 should be used. In the illustrated embodiment, all circuitry is integrated into a single chip, such as an ASIC or FPGA. Other combinations are possible.

[0101] Die PHY-Schaltungen 300 bilden eine Schnittstelle zwischen der medium-abhängigen analogen Domäne der Datenübertragungskanäle 201 und der digitalen Domäne der Link-Layer-Paketsignalisierung. Sie codieren und dekodieren die übertragenen und empfangenen Daten und implementieren die Hardware-Sende- und Empfangsfunktion von Datenpaketen. The PHY circuits 300 form an interface between the medium-dependent analog domain of the data transmission channels 201 and the digital domain of the link-layer packet signaling. They encode and decode the transmitted and received data and implement the hardware sending and receiving function of data packets.

[0102] In einer Ausführungsform ist das physikalische Medium 201 ein Gigabit Ethernet (GbE) Glasfaserkabel. In diesem Fall kann der Endknoten 30 einen Transceiver, beispielsweise einen SFP-Transceiver, umfassen, um die seriellen elektrischen Signale in serielle optische Signale umzuwandeln und umgekehrt. In one embodiment, the physical medium 201 is a Gigabit Ethernet (GbE) fiber optic cable. In this case, the end node 30 may include a transceiver, such as an SFP transceiver, to convert the serial electrical signals into serial optical signals and vice versa.

[0103] Die PHY-Schaltung 300 enthält ein Taktwiederherstellungsmodul (nicht dargestellt), um den Referenztakt von den Daten, die auf dem Datenübertragungskanal 201 laufen, wiederzugewinnen und an eine rCLK-Ausgabe zu liefern. In einer Ausführungsform kann das Taktwiederherstellungsmodul eine Taktreinigungsschaltung umfassen, die beispielsweise eine PLL beinhaltet. The PHY circuit 300 includes a clock recovery module (not shown) to recover the reference clock from the data traveling on the data pipe 201 and provide it to an rCLK output. In one embodiment, the clock recovery module may include a clock cleaning circuit including, for example, a PLL.

[0104] Die PHY-Schaltung 300 kann als ein einzelner PHY-Chip mit Taktwiederherstellungsfunktionalitäten oder als eine Kombination eines PHY-Chips und eines separaten Taktwiederherstellungsmoduls integriert sein. [0104] The PHY circuit 300 may be integrated as a single PHY chip with clock recovery functionalities or as a combination of a PHY chip and a separate clock recovery module.

[0105] Die PHY-Schaltung 300 kann andere Signale liefern, einschliesslich Funktionalitäten mit Bezug auf das Precision Time Protocol (PTP), wie durch die Norm IEEE1588 definiert. [0105] The PHY circuit 300 may provide other signals, including functionality related to the Precision Time Protocol (PTP) as defined by the IEEE1588 standard.

[0106] Die MAC-Schaltung 301 empfängt Daten von der PHY-Schaltung 300, erkennt Paketgrenzen, assembliert Bits zu Paketen, validiert sie und führt einige Verarbeitungsaufgaben durch. MAC circuitry 301 receives data from PHY circuitry 300, detects packet boundaries, assembles bits into packets, validates them, and performs some processing tasks.

[0107] Der Modulator 302 empfängt das wiederhergestellte Taktsignal rCLK von der PHY-Schaltung und Daten von der MAC-Schaltung 301. Daten, die von der MAC-Schaltung empfangen werden, umfassen die Modulationsparameter und andere Konfigurationsdaten. The modulator 302 receives the recovered clock signal rCLK from the PHY circuit and data from the MAC circuit 301. Data received from the MAC circuit includes the modulation parameters and other configuration data.

[0108] Die Modulationsparameter können verwendet werden, um die Schaltzeitpunkte der Leistungsschalter zu bestimmen und somit die Form der Ausgangssignale des Leistungswandlers zu bestimmen. Zum Beispiel bestimmen die Modulationsparameter die Pulsbreiten in einem Pulsbreitenmodulationsschema. The modulation parameters can be used to determine the switching times of the power switches and thus determine the shape of the output signals of the power converter. For example, the modulation parameters determine the pulse widths in a pulse width modulation scheme.

[0109] In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Modulationsparameter häufig aktualisiert, wie beispielsweise mit einer Auffrischrate von 0,05 kHz bis 100 kHz, um brauchbare Modulationssignale zu erzeugen. In a preferred embodiment, the modulation parameters are updated frequently, such as at a refresh rate of 0.05 kHz to 100 kHz, to produce useful modulation signals.

[0110] In einer Ausführungsform wird eine DMA-Schaltung 303 verwendet, um die Steuerdaten zu verarbeiten, die von der MAC-Schaltung 301 empfangen und an diese gesendet werden. Es implementiert typischerweise die Steuerschichten 3 bis 7 gemäss dem OSl-Modell. Diese Schaltung kann auch für die Ermittlung der zeitlichen Integrität der Daten verantwortlich sein, beispielsweise für die Auswertung der Zeitstempel jedes Datenpakets gegen eine gegebene zeitliche Gültigkeit. In one embodiment, a DMA circuit 303 is used to process the control data received from and sent to the MAC circuit 301 . It typically implements the control layers 3 to 7 according to the OSI model. This circuit can also be responsible for determining the chronological integrity of the data, for example for evaluating the time stamp of each data packet against a given chronological validity.

[0111] Das Überwachungsmodul 304 ist verantwortlich für die Anfangssynchronisation der im Modulator 302 vorhandenen Träger mit dem durch den Unterbrechungsgenerator 102 erzeugten Unterbrechungssignal. Zu diesem Zweck beobachtet es den/die Wert (e) von Zählern basierend auf dem wiederhergestellten Taktsignal (den wiederhergestellten Taktsignalen) und erzeugt einen Synchronisations-Stroboskop (SYNC auf der Fig. 2) für den Modulator 302 und andere Peripheriegeräte 306. Diese Zähler können entweder von der PHY 300 oder der MAC-Schaltung 301 bereitgestellt werden. The monitoring module 304 is responsible for the initial synchronization of the carriers present in the modulator 302 with the interrupt signal generated by the interrupt generator 102. To do this, it observes the value(s) of counters based on the recovered clock signal(s) and generates a synchronization strobe (SYNC on Fig. 2) for the modulator 302 and other peripherals 306. These counters can be provided by either the PHY 300 or the MAC circuitry 301.

[0112] Diese anfängliche Synchronisation wird immer während der Initialisierungsprozedur des Endknotens 30 erreicht. Sie kann auch, falls notwendig, periodisch erreicht werden. This initial synchronization is always achieved during the end node 30 initialization procedure. It can also be reached periodically if necessary.

[0113] In einer Ausführungsform beobachtet das Überwachungsmodul 304, wenn redundante Netzwerke verwendet werden, auch die wiederhergestellten Taktsignale sowie die Datensignale, um die Integrität eines gegebenen Netzwerks zu bewerten. Falls erforderlich, löst das Überwachungsmodul 304 den Multiplexer 305 aus, um von einem Netzwerk zu einem anderen zu wechseln. In one embodiment, when redundant networks are used, the monitoring module 304 also monitors the recovered clock signals as well as the data signals to assess the integrity of a given network. If necessary, the monitoring module 304 triggers the multiplexer 305 to switch from one network to another.

[0114] Falls vorhanden, enthalten die anderen Peripheriegeräte 306 die notwendigen Schaltungen, um den Rest der Eingabe/Ausgabe-Konnektivität des Endknotens 30 sowie seine anderen Verarbeitungsaufgaben zu handhaben. Dieser Block bezieht sich auf zusätzliche E/A-Signale und kann auch mit den Überwachungssteuerungen 100 auf die gleiche Weise wie für die Modulatoren 302 kommunizieren. If present, the other peripherals 306 contain the necessary circuitry to handle the rest of the end node's 30 input/output connectivity as well as its other processing tasks. This block relates to additional I/O signals and can also communicate with the supervisory controllers 100 in the same way as for the modulators 302.

In den Figuren verwendete BezugsnummernReference numbers used in the figures

[0115] 1 Kontrollstufe 2 Endstufe 10 Steuermaster 20 Spezieller Netzwerkschalter 30 Endknoten 40 PEBB 100 Überwachungssteuerung 101 Zeitbasisgenerator 102 Unterbrechungsgenerator 201 Datenübertragungskanal 300 PHY-Schaltung 301 MAC-Schaltung 302 Modulator 303 DMA-Schaltung 304 Überwachungsmodul 305 Multiplexer 306 Andere Peripheriegeräte 401 Modulationskanäle 402 Zusätzliche I/O-Kanäle 1 control stage 2 output stage 10 control master 20 special network switch 30 end node 40 PEBB 100 supervisory controller 101 time base generator 102 interrupt generator 201 data transmission channel 300 PHY circuit 301 MAC circuit 302 modulator 303 DMA circuit 304 supervisory module 305 multiplexer 306 other peripheral devices 401 modulation channels 402 /O channels

Claims (15)

1. Vorrichtung (10, 30, 40), aufweisend einen Steuermaster (10), einen Endknoten (30) für ein verteiltes Modulationssystem für leistungselektronische Anwendungen und mindestens einen leistungselektronischen Power Electronic Building Block als leistungselektronischer Baustein (40) verbunden mit dem Endknoten (30), wobei der Endknoten (30) aufweist: – mindestens einen Transceiver zum Empfangen von Steuerdaten von dem Steuermaster (10) über mindestens einen Datenübertragungskanal (201), einbettend ein durch den besagten Steuermaster (10) erzeugtes Referenztaktsignal, wobei die besagten Steuerdaten mindestens einen Satz von Modulationsparametern umfassen, –wobei der besagte Steuermaster (10) zum Erzeugen eines Unterbrechungssignals basierend auf dem besagten Referenztaktsignal geeignet ist, – mindestens ein Taktwiederherstellungsmodul, das zum Herstellen eines wiederhergestellten Taktsignals aus dem besagten Datenübertragungskanal (201) geeignet ist, – einen Modulator (302), der zum Erzeugen mindestens eines periodischen Trägers unter Verwendung des besagten wiederhergestellten Taktsignals und zum Erzeugen von Modulationssignalen basierend auf dem besagten Satz von Modulationsparametern und auf dem besagten mindestens einen periodischen Träger geeignet ist, – ein Überwachungsmodul, das zum Mastern und Einstellen einer anfänglichen Phasendifferenz zwischen dem mindestens einen periodischen Träger und dem besagten Unterbrechungssignal geeignet ist, wobei die besagten Modulationssignale zum Bestimmen der Schaltzeitpunkte von mindestens einem Leistungsschalter des leistungselektronischen Bausteins (40) geeignet sind.1. Device (10, 30, 40), having a control master (10), an end node (30) for a distributed modulation system for power electronic applications and at least one power electronic power electronic building block as a power electronic component (40) connected to the end node (30 ), where the end node (30) has: - at least one transceiver for receiving control data from the control master (10) via at least one data transmission channel (201), embedding a reference clock signal generated by said control master (10), said control data comprising at least one set of modulation parameters, - wherein said control master (10) is adapted to generate an interrupt signal based on said reference clock signal, - at least one clock recovery module suitable for producing a recovered clock signal from said data transmission channel (201), - a modulator (302) adapted to generate at least one periodic carrier using said recovered clock signal and to generate modulation signals based on said set of modulation parameters and on said at least one periodic carrier, - a monitoring module suitable for mastering and setting an initial phase difference between the at least one periodic carrier and said interrupt signal, wherein said modulation signals are suitable for determining the switching times of at least one power switch of the electronic power module (40). 2. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, mit einem elektrischen Pfad, der das Taktwiederherstellungsmodul direkt mit dem besagten Modulator (302) verbindet, so dass der besagte Modulator (302) das besagte wiederhergestellte Taktsignal direkt zum Erzeugen der besagten periodischen Träger verwenden kann.2. Apparatus according to claim 1 including an electrical path connecting the clock recovery module directly to said modulator (302) so that said modulator (302) can use said recovered clock signal directly to generate said periodic carriers. 3. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 oder 2, so eingerichtet, dass das besagte wiederhergestellte Taktsignal mit dem besagten Referenztaktsignal synton ist.3. Device according to one of claims 1 or 2, arranged such that said recovered clock signal is syntonic with said reference clock signal. 4. Vorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend mindestens eine PHY-Schaltung (300), die das besagte mindestens ein Taktwiederherstellungsmodul umfasst.4. Device according to one of the preceding claims, comprising at least one PHY circuit (300) comprising said at least one clock recovery module. 5. Vorrichtung gemäss Anspruch 4, ferner umfassend mindestens eine MAC-Schaltung (301), die konfiguriert ist, um die Steuerdaten einschliesslich eines Satzes von Modulationsparametern von der mindestens einen PHY-Schaltung (300) zu empfangen.The apparatus of claim 4, further comprising at least one MAC circuit (301) configured to receive the control data including a set of modulation parameters from the at least one PHY circuit (300). 6. Vorrichtung gemäss dem vorhergehenden Anspruch, mit mindestens zwei PHY-Schaltungen (300) und/oder mindestens zwei MAC-Schaltungen (301) und einem Multiplexer (305), der zum Multiplexen von Signalen von den besagten PHY-Schaltungen (300) und/oder von den besagten MAC Schaltungen konfiguriert ist, wobei das Überwachungsmodul (304) zum Auswählen der verwendeten PHY- und/oder MAC-Schaltungen konfiguriert ist.6. Device according to the preceding claim, with at least two PHY circuits (300) and/or at least two MAC circuits (301) and a multiplexer (305) for multiplexing signals from said PHY circuits (300) and /or configured by said MAC circuitry, wherein the monitoring module (304) is configured to select the PHY and/or MAC circuitry used. 7. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 5 bis 6, mit einer DMA-Schaltung (303), die konfiguriert ist, um die Modulationsparameter und andere Steuerdaten von der MAC-Schaltung zu empfangen.7. Apparatus according to any one of claims 5 to 6, including a DMA circuit (303) configured to receive the modulation parameters and other control data from the MAC circuit. 8. Verteiltes Modulationssystem für leistungselektronische Anwendungen, umfassend: – mindestens eine Vorrichtung (10, 30, 40) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, in welcher der besagte Steuermaster (10) folgende Merkmale aufweist: – einen Zeitbasisgenerator (101), der zum Erzeugen eines Referenztaktsignals konfiguriert ist, und – mindestens eine Überwachungssteuerung (100), die zum Erzeugen mindestens eines Satzes von Modulationsparametern konfiguriert ist, und mit – mindestens einem Unterbrechungsgenerator (102) zum Erzeugen eines Unterbrechungssignals, wobei die mindestens eine Vorrichtung (10, 30, 40) mindestens einen Datenübertragungskanal (201) aufweist, der den Endknoten (30) mit dem Steuermaster (10) verbindet.8. Distributed modulation system for power electronic applications, comprising: - at least one device (10, 30, 40) according to any one of claims 1 to 7, in which said control master (10) has the following characteristics: - a time base generator (101) configured to generate a reference clock signal, and - at least one supervisory controller (100) configured to generate at least one set of modulation parameters, and having - at least one interrupt generator (102) for generating an interrupt signal, wherein the at least one device (10, 30, 40) has at least one data transmission channel (201) which connects the end node (30) to the control master (10). 9. System gemäss Anspruch 8, wobei mindestens einer der besagten leistungselektronischen Bausteine (40) einen Multilevel-Konverter bildet.9. System according to claim 8, wherein at least one of said electronic power modules (40) forms a multilevel converter. 10. System gemäss einem der Ansprüche 8 bis 9, worin der Datenübertragungskanal (201) auf Glasfaserverbindungen basiert.10. System according to any one of claims 8 to 9, wherein the data transmission channel (201) is based on fiber optic connections. 11. System gemäss Anspruch 10, worin der Datenübertragungskanal (201) ein Ethernet-Typ Kanal ist.The system according to claim 10, wherein the data transmission channel (201) is an Ethernet type channel. 12. System gemäss einem der Ansprüche 8 bis 11, worin mindestens ein Sendempfänger von mindestens einem Endknoten (30) konfiguriert ist zum Verwenden eines Taktes, der sich vom besagten wiederhergestellten Taktsignal unterscheidet, um Daten zurück zum Steuermaster (10) zu übertragen.The system of any one of claims 8 to 11, wherein at least one transceiver of at least one end node (30) is configured to use a clock different from said recovered clock signal to transmit data back to the controlling master (10). 13. System gemäss einem der Ansprüche 8 bis 12, mit zwei oder mehr der Steuermaster (10), wobei jeder Steuermaster (10) konfiguriert ist, um ein Referenztaktsignal (A, B) zu erzeugen, wobei das Überwachungsmodul (304) des besagten Endknotens (30) ferner zum Auswählen nur eines wiederhergestellten Taktsignals konfiguriert ist, wobei die Auswahl gemäss Fehlertoleranzkriterien durchgeführt wird.The system of any of claims 8 to 12, comprising two or more of the control masters (10), each control master (10) being configured to generate a reference clock signal (A, B), the monitoring module (304) of said end node (30) further configured to select only one recovered clock signal, the selection being performed according to fault tolerance criteria. 14. System gemäss einem der Ansprüche 8 bis 13, mit mindestens einem Netzwerkschalter (20), der zum Übermitteln von Steuerdaten zwischen der mindestens einen Überwachungssteuerung (100) und dem Endknoten (30) konfiguriert ist.14. System according to any one of claims 8 to 13, with at least one network switch (20) which is configured to transmit control data between the at least one supervisory controller (100) and the end node (30). 15. Verfahren zum Betrieb eines verteilten Modulationssystems für leistungselektronische Anwendungen, mit den folgenden Schritten: – Erzeugen eines Referenztaktsignals unter Verwendung eines Zeitbasisgenerators (101) eines Steuermasters (10); – Erzeugen eines Unterbrechungssignals basierend auf dem Referenztaktsignal unter Verwendung eines Unterbrechungsgenerators (102) des besagten Steuermasters (10); – Erzeugen mindestens eines Satzes von Modulationsparametern unter Verwendung mindestens einer Überwachungssteuerung (100) des Steuermasters; – Übertragen dieses Satzes von Modulationsparametern durch mindestens einen Datenübertragungskanal (201), der das Referenztaktsignal einbettet, an einen Endknoten (30), der ein Taktwiederherstellungsmodul und einen Modulator (302) umfasst; – Wiederherstellen des Referenztaktsignals vom Datenübertragungskanal (201) unter Verwendung des Taktwiederherstellungsmoduls; – Empfangen des mindestens einen Satzes von Modulationsparametern von einem Signal des Steuermasters; – Erzeugen mindestens eines periodischen Trägers basierend auf dem wiederhergestellten Taktsignal; – Mastern und Einstellen einer anfänglichen Phasendifferenz zwischen dem mindestens einen periodischen Träger und dem Unterbrechungssignal durch ein Überwachungsmodul (304); – Erzeugen von Modulationssignalen basierend auf den periodischen Trägern und dem Satz von Modulationsparametern, wobei die Modulationssignale zum Bestimmen der Schaltzeitpunkte von mindestens einem Leistungsschalter eines mit dem Endknoten verbundenen leistungselektronischen Bausteins ausgebildet sind.15. Method for operating a distributed modulation system for power electronic applications, with the following steps: - generating a reference clock signal using a time base generator (101) of a control master (10); - generating an interrupt signal based on the reference clock signal using an interrupt generator (102) of said control master (10); - generating at least one set of modulation parameters using at least one supervisory control (100) of the control master; - transmitting this set of modulation parameters through at least one data transmission channel (201) embedding the reference clock signal to an end node (30) comprising a clock recovery module and a modulator (302); - recovering the reference clock signal from the data transmission channel (201) using the clock recovery module; - receiving the at least one set of modulation parameters from a signal of the control master; - generating at least one periodic carrier based on the recovered clock signal; - mastering and adjusting an initial phase difference between the at least one periodic carrier and the interrupt signal by a monitoring module (304); - Generating modulation signals based on the periodic carriers and the set of modulation parameters, the modulation signals being designed to determine the switching times of at least one power switch of a power electronic component connected to the end node.
CH00214/18A 2015-08-24 2016-07-15 Device, distributed modulation system and method for power electronic applications. CH713045B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH12172015 2015-08-24
PCT/IB2016/054226 WO2017033069A1 (en) 2015-08-24 2016-07-15 Distributed modulation system and method for power electronic applications

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH713045B1 true CH713045B1 (en) 2022-06-15

Family

ID=54014458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH00214/18A CH713045B1 (en) 2015-08-24 2016-07-15 Device, distributed modulation system and method for power electronic applications.

Country Status (3)

Country Link
CH (1) CH713045B1 (en)
DE (1) DE112016003849T5 (en)
WO (1) WO2017033069A1 (en)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5642275A (en) 1995-09-14 1997-06-24 Lockheed Martin Energy System, Inc. Multilevel cascade voltage source inverter with seperate DC sources
CN100391190C (en) * 2000-02-25 2008-05-28 霍尼韦尔国际公司 Multiple network fault tolerance via redundant network control
DE10103031B4 (en) 2001-01-24 2011-12-01 Siemens Ag Converter circuit with distributed energy storage and method for controlling such a converter circuit
US20100156188A1 (en) 2008-12-24 2010-06-24 Fishman Oleg S Solar Photovoltaic Power Collection via High Voltage, Direct Current Systems with Conversion and Supply to an Alternating Current Transmission Network
US8400791B2 (en) 2010-07-16 2013-03-19 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power layer generation of inverter gate drive signals
DK201170325A (en) * 2011-06-24 2012-12-25 Vestas Wind Sys As Wind turbine with decentralized voting
AU2012364265B2 (en) 2012-01-05 2017-05-18 Schneider Electric It Corporation Methods and apparatus for controlling power switches via a digital communication bus
FR3005379A1 (en) 2013-05-02 2014-11-07 Alstom Technology Ltd DEVICE FOR CONTROLLING A PLURALITY OF POWER CONVERTERS
DE102013106006A1 (en) 2013-06-10 2014-12-11 Sms Elotherm Gmbh Synchronization of three-phase inverters
GB201311248D0 (en) 2013-06-25 2013-08-14 Amantys Ltd Low-skew communication system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017033069A1 (en) 2017-03-02
DE112016003849T5 (en) 2018-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1653651B1 (en) Modular numerical controller with low-jitter synchronisation
EP1217771A2 (en) Method, clock supply device and receiver module for synchronization
EP0389662B1 (en) Method for the phase synchronization of the signals of two clock generators in communication networks
DE112015004340T5 (en) Circuits and systems for multiplexed communication via an isolator
DE112015000549T5 (en) Pulse width modulation system with global synchronization and method for a distributed grid connected inverter system
DE2112552A1 (en) Multiplex system
DE10147422A1 (en) Communication system and method for synchronizing a communication cycle
DE102015210162A1 (en) Electric Inverter Generator System And Electric Inverter Generator Of It
DE2510281C2 (en) Demultiplexer for a digital time division multiplex transmission system
DE3307781A1 (en) PARALLEL SERIES DATA CONVERTER
EP0900472B1 (en) Inverter system
DE4446511A1 (en) Synchronous digital message transmission system with hierarchical synchronization network
EP3172821B1 (en) Power electronic system for operating a load, and method for synchronizing load modules
EP3151413B1 (en) Control device and control method for large power converters
DE602004010696T2 (en) A redundant synchronous clock distribution system
DE2520835C3 (en) Circuit arrangement for the transmission of synchronously and asynchronously occurring data
EP1223698B1 (en) Method and compensation module for phase compensation of clock signals
CH713045B1 (en) Device, distributed modulation system and method for power electronic applications.
EP0530393B1 (en) Method and apparatus for synchronising a clockcircuit of a switching communication system
EP1396072B1 (en) Power converter synchronization
EP3688556B1 (en) Device and method for transmitting data between two physical interfaces
DE19943172C2 (en) Arrangement for clock supply of high bit rate switching matrix structures
DE112016006910B4 (en) Intelligent power module
DE102004061343B4 (en) Network with multiple stations, station for such a network and method for synchronization of stations
EP3840162A1 (en) Generator unit and operating method for the generator unit

Legal Events

Date Code Title Description
PK Correction

Free format text: BERICHTIGUNG

PL Patent ceased