CN103168415B - 用于脉宽调制式控制脉冲控制逆变器的开关元件的方法和控制单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于脉宽调制式控制脉冲控制逆变器（1）的开关元件（4A‑4F）的方法，其中在第一控制模式中控制信号的连续的信号周期的脉冲在信号周期内分别具有统一的开始时间点或结束时间点或所述脉冲保持相同居中地布置在信号周期中间，并且在第二控制模式中控制信号的连续的信号周期的脉冲交替地在信号周期开始时布置一次和在信号周期结束时布置一次。

Description

用于脉宽调制式控制脉冲控制逆变器的开关元件的方法和控 制单元
技术领域
本发明涉及用于脉宽调制式控制脉冲控制逆变器的开关元件的方法和控制单元。
背景技术
感应式电机形式的电机通常被用于混合动力或电动机动车中的传动装置，所述电机结合脉冲控制逆变器（常常也称为逆变器）运行。在此，所述电机有选择地以发动机运行方式或发电机运行方式来运行。在发动机运行方式下电机产生传动力矩，该传动力矩在用在混合动力机动车中的情况下支持内燃机，例如在加速阶段。在发电机运行方式下电机产生电能，该电能存储在诸如牵引电池的储能器中。为了使电池电压稳定设置有中间电路电容器。所述电机的运行方式和功率经由脉冲控制逆变器来调整。在此，该脉冲控制逆变器包括功率半导体开关（以下简称功率开关），例如MOSFET（金属氧化物半导体场效晶体管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）或MCT（MOS控制型晶闸管），经由控制单元对所述功率半导体开关进行操控。
脉宽调制式控制脉冲控制逆变器的开关元件基本上是公知的。在此，对于脉宽调制（PWM）通常使用恒定的周期持续时间或恒定的调制频率。常常使用对称的脉宽调制，在该对称的脉宽调制情况下脉冲居中地布置在信号周期内，使得有相同部分的暂停持续时间分布到该信号周期的开始和结束。
例如出于耗损最小化和/或EMV辐射（EMV=电磁兼容）最小化原因，以较低的开关频率控制脉冲控制逆变器的开关元件对于通过脉冲控制逆变器控制的电机的特定运行点是有意义的，在运行电机和由此运行脉冲控制逆变器期间能够转换到所述较低的开关频率。在此，转换到半个开关频率已经证实是特别有利的。
在最简单的情况下，开关频率的此类减半能够通过将调制频率减半达成。
发明内容
本发明实现了用于脉宽调制式控制脉冲控制逆变器的开关元件的方法，其中在第一控制模式中控制信号的连续的信号周期的脉冲在信号周期内分别具有统一的开始时间点或结束时间点，或所述脉冲保持相同居中地布置在信号周期中间，并且在第二控制模式中控制信号的连续的信号周期的脉冲交替地在信号周期开始时布置一次和在信号周期结束时布置一次。
本发明还实现了用于脉宽调制式控制脉冲控制逆变器的开关元件的控制单元，其中设置有第一控制模式，在该第一控制模式中控制信号的连续的信号周期的脉冲在信号周期内分别具有统一的开始时间点或结束时间点，或所述脉冲保持相同居中地布置在信号周期中间，并且设置有第二控制模式，在该第二控制模式中控制信号的连续的信号周期的脉冲交替地在信号周期开始时布置一次和在信号周期结束时布置一次。
本发明的优点
本发明基于以下基本理念，即脉冲控制逆变器的开关元件的开关频率和由此的开关频次不是通过经过脉宽调制的控制信号的调制频率的减半或周期持续时间的加倍而减半，而是通过交替的左边和右边齐平的脉宽调制，也就是说控制信号的连续的信号周期的脉冲交替地在信号周期开始时一次和在信号周期结束时一次的交替式布置。
为了操控脉冲控制逆变器的开关元件，在附属控制单元中通常存在一个或多个与脉宽调制同步的软件任务，它们例如经由中断而与脉宽调制的信号周期栅格同步地启动。在此，该控制单元尤其是还确定针对每下一个信号周期的控制信号的占空比（Tastgrade）和/或开关时间点。
通过按照本发明的方法和按照本发明的控制单元，在第二控制模式中脉冲控制逆变器的开关元件的开关频率在保持控制信号的周期持续时间或调制频率的条件下减半。因此，也以保持相同的频次对调节参量（Stellgröße）进行匹配，使得电流调节的动态性（Dynamik）保持不变并且因此尤其是在电机转速较高的情况下也继续确保安全的运行。因此，PWM同步的软件任务的调用频率也保持不受开关频率减半的影响，使得在控制单元的软件中不要求附加的匹配（Anpassung），例如涉及信号滤波或调节算法的匹配。通过控制单元的占空比计算也能够保持不变。在该第二控制模式中仅开关时间点的确定要与改变的调制方法相匹配，但是这可以非常低的编程花费实现。
为了获得高的电流调节的动态性，控制信号的连续的信号周期的脉冲的占空比按照本发明实施方式是可变化的。
在运行脉冲控制逆变器或由此受控的电机期间能够有利地在第一和第二控制模式之间进行切换。
附图说明
参考附图从以下描述中得出本发明实施方式的其他特征和优点。
图1示出了脉冲控制逆变器的示意图；
图2示出了在无占空比匹配的第一控制模式中经过脉宽调制的控制信号的时间走势；
图3示出了在有占空比匹配的第一控制模式中经过脉宽调制的控制信号的时间走势；
图4示出了在无占空比匹配的第二控制模式中经过脉宽调制的控制信号的时间走势；
图5示出了在有占空比匹配的第二控制模式中经过脉宽调制的控制信号的时间走势。
具体实施方式
图1示出了具有附属控制单元3的脉冲控制逆变器1的示意图。该脉冲控制逆变器2具有多个按照功率开关4A-4F形式的开关元件，它们与未示出的电机的各相U、V、W相连并且这些相U、V、W连接至高的基准电势T+或至低的基准电势T-。在此，与高的基准电势T+相连的功率开关4A-4C也称为“高压侧开关”，并且与低的基准电势T-相连的功率开关元件4D-4F也称为“低压侧开关”。此外，脉冲控制逆变器2包括其他的按照空转二极管5A-5F形式的功率器件，在示出的实施例中它们以六脉冲整流器桥电路形式布置。在此，二极管5A-5F分别与功率开关4A-4F之一布置成并联。功率开关4A-4F例如可以实施成IGBT或MOSFET。在此，二极管5A-5F不需要作为单独的构件实现，而是也可以集成到相应的功率开关4A-4F中，如同在使用MOSFET情况下例如已受工艺决定的那样。该脉冲控制逆变器2确定电机的功率和运行方式并且由控制单元3进行操控。
通过控制单元3利用经过脉宽调制的控制信号对该脉冲控制逆变器1的功率开关4A-4F进行操控。在此，在第一控制模式中控制信号的连续的信号周期的脉冲在信号周期内分别具有统一的开始时间点或结束时间点，或所述脉冲保持相同居中地布置在信号周期中间。
图2和3示出了在具有保持相同的周期持续时间TPWM的第一控制模式中三个连续的信号周期的时间走势。在此，所述脉冲，也就是接通时间TE例如分别居中地布置在信号周期中间，使得暂停时间TP均匀地分布在信号周期开始时的第一时间段上和信号周期结束时的第二时间段上。在此，按照图2和3的实施方式的区别在于，在按照图2的实施方式中不进行占空比匹配，相反在按照图3的实施方式中逐个信号周期地对占空比进行匹配。
在第二控制模式中，控制信号的连续的信号周期的脉冲交替地在信号周期开始时（左边齐平的）布置一次和在信号周期结束时（右边齐平的）布置一次。
图4和5示出了在具有再次保持相同的周期持续时间TPWM的第二控制模式中三个连续的信号周期的时间走势。在此，所述脉冲，也就是接通时间TE交替地左边和右边齐平地布置。借此有效地获得功率开关4A-4F的开关频率的减半，也就是开关频次的减半，而不受周期持续时间TPWM和由此的等于1/TPWM的调制频率fPWM的影响。在此，按照图4和5的实施方式的区别再次在于，在按照图4的实施方式中不进行占空比匹配，相反在按照图5的实施方式中逐个信号周期地对占空比进行匹配。
在运行电机和由此运行脉冲控制逆变器1期间可以在两个控制模式之间进行切换。
为了操控脉冲控制逆变器1的开关元件4A-4F，在附属控制单元3中存在与脉宽调制同步的软件任务（PWM任务），它们例如经由中断而与脉宽调制的信号周期栅格同步地启动。然而所述软件任务保持最大程度地不受控制模式切换的影响。只需将控制信号的开关时间点的计算与相应的控制模式相匹配。

Claims (3)

1.一种用于脉宽调制式控制脉冲控制逆变器（1）的开关元件（4A-4F）的方法，其中所述开关元件（4A-4F）与电机的各相U、V、W相连并且所述脉冲控制逆变器（1）确定电机的功率和运行方式，其中在第一控制模式中控制信号的连续的信号周期的脉冲在信号周期内分别具有统一的开始时间点或结束时间点或所述脉冲保持相同居中地布置在信号周期中间，并且在第二控制模式中，控制信号的信号周期的脉冲在所述连续的信号周期中的第一连续的信号周期开始时具有开始时间点并且在所述连续的信号周期中的第二连续的信号周期结束时具有结束时间点，或者控制信号的信号周期的脉冲在所述连续的信号周期中的第一连续的信号周期结束时具有开始时间点并且在所述连续的信号周期中的第二连续的信号周期开始时具有结束时间点，其中在第二控制模式期间，所述第一连续的信号周期和第二连续的信号周期的每个都具有脉冲的开始时间点或者脉冲的结束时间点，其中在运行所述脉冲控制逆变器（1）期间能够在第一和第二控制模式之间进行切换。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制信号的连续的信号周期的脉冲的占空比可变化。
3.一种用于脉宽调制式控制脉冲控制逆变器（1）的开关元件（4A-4F）的控制单元（3），其中所述开关元件（4A-4F）与电机的各相U、V、W相连并且所述脉冲控制逆变器（1）确定电机的功率和运行方式，其中设置有第一控制模式，在所述第一控制模式中控制信号的连续的信号周期的脉冲在信号周期内分别具有统一的开始时间点或结束时间点或所述脉冲保持相同居中地布置在信号周期中间，并且设置有第二控制模式，在所述第二控制模式中，控制信号的信号周期的脉冲在所述连续的信号周期中的第一连续的信号周期开始时具有开始时间点并且在所述连续的信号周期中的第二连续的信号周期结束时具有结束时间点，或者控制信号的信号周期的脉冲在所述连续的信号周期中的第一连续的信号周期结束时具有开始时间点并且在所述连续的信号周期中的第二连续的信号周期开始时具有结束时间点，其中在第二控制模式期间，所述第一连续的信号周期和第二连续的信号周期的每个都具有脉冲的开始时间点或者脉冲的结束时间点，其中在运行所述脉冲控制逆变器（1）期间能够在第一和第二控制模式之间进行切换。
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