DE10112820A1 - Verfahren zur Messung von Strömen in Multiphasenwandlern mit Strommesselement-Auslösung - Google Patents
Verfahren zur Messung von Strömen in Multiphasenwandlern mit Strommesselement-AuslösungInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Strömen und Spannungen in Mehrphasenwandlern (1), die mit einem Regler (32) versehen sind, welchem zur Berechnung von Reglerausgangsgrößen (33, 34) als Eingangsgrößen Stromgrößen (30, 31) bzw. Spannungsgrößen aufgegeben werden. Die Mehrphasenwandler (1) werden mit einer geraden Anzahl mit versetzter Taktung (6) versehenen Halbbrücken (13) betrieben. Die Strom- bzw. Spannungsmessung (16) erfolgt an jeweils zwei zu einer Stromerfassungseinheit (15) zusammengefaßten Halbbrücken (13).
Description
Spannungswandler werden in der Regel mit einem Regler ausgestattet. Zur Ermittlung der
Reglerausgangsgrößen sind als Eingangsgrößen die Ströme und Spannungen erforderlich.
Bei mehrfach versetzt getakteten Spannungswandlern sind dabei in jedem Pfad (d. h. jeder
Phase) des Spannungswandlers eigene Stromsensoren notwendig, um Asymmetrien und
Toleranzen ausgleichen zu können.
Die Umformung von elektrischer Energie, beispielsweise in einem Fahrzeugbordnetz, er
folgt heute üblicherweise durch statische Umrichter. In diesen leistungselektronischen
Schaltungen werden häufig Gleichgrößen in Wechselgrößen einer bestimmten Frequenz
oder umgekehrt Wechselgrößen in Gleichgrößen umgeformt. Die Wechsel- bzw. Gleich
größen sind beispielsweise Spannungen oder Ströme. Für die Umformung der Größen be
steht auch die Möglichkeit, daß Gleichgrößen in Gleichgrößen, beispielsweise eine Gleich
spannung in eine Gleichspannung mit einem anderen Spannungsniveau umgeformt werden.
Bei dieser Spannungsumformung kann auch ein Energiefluß in beiden Richtungen erfol
gen.
DE 196 46 043 A1 bezieht sich auf einen Umrichter für die Umformung von elektrischer
Energie, bei dem in einem Fahrzeugbordnetz die von einem Drehstromgenerator gelieferte
Spannung umgeformt wird. Bei diesem bekannten System wird der Drehstromgenerator
gleichzeitig auch als Starter betrieben. Damit die Maschine sowohl als Starter als auch als
Generator arbeiten kann und zur optimalen Regelung der Ausgangsspannung bei Genera
torbetrieb, ist die elektrische Maschine über eine gesteuerte Gleichrichterbrücke über einen
Zwischenkreiskondensator mit dem Bordnetz einschließlich der Batterie verbunden. Die
Gleichrichterbrücke umfaßt dabei sechs Pulswechselrichterelemente, die von einem Bord
netzsteuergerät angesteuert werden.
DE 199 47 476.1 bezieht sich auf einem Umrichter für die Umformung von elektrischer
Energie. Es werden Umrichter für die Umformung von elektrischer Energie, insbesondere
für ein Fahrzeugbordnetz angegeben, die wenigstens eine Halbbrücke aufweisen, die ihrer
seits wenigstens einen High-Side- und einen Low-Side-Schalter mit einer vorgebbaren An
zahl von Schaltern umfaßt. Der High-Side- und der Low-Side-Schalter weisen einen ge
meinsamen Anschluß auf, der mit einem die elektrische Energie erzeugenden Mittel in
Verbindung steht. Parallel zur Halbbrücke liegt ein Zwischenkreiskondensator, dessen Ka
pazität möglichst kleingehalten werden soll. Dazu wird die Ansteuerung der Schalter der
Halbbrücke gegeneinander versetzt vorgenommen, so daß der vom Zwischenkreiskonden
sator zu liefernde Strom möglichst gering bleibt.
Bei Mehrphasenwandlern mit vier versetzt getakteten Halbbrücken kann eine Strommes
sung in jeder Phase erfolgen, d. h. jeder Phase der Halbbrücke ist ein eigenes Strommeß
element zugeordnet. Daneben lassen sich in Mehrphasenwandlern mit versetzt getakteten
Halbbrücken Strommeßelemente im Transistorpfad sowohl auf der High-Side oder auch
auf der Low-Side im Transistorpfad anordnen.
Die verwendeten Strommeßelemente können zum Beispiel als Shunt oder als Kompensa
tionsmeßwandler oder dergleichen beschaffen sein. In einfachen Schaltungsanordnungen
reduziert sich die Auswahl auf die Verwendung von Shunts.
Bei mehrphasig aufgebauten Wandlern erhöht sich mit der Phasenzahl auch die Anzahl der
verwendeten Shunts und der Auswerteschaltung proportional mit, was die Bauelementan
zahl und damit die Kosten entsprechend in die Höhe treibt.
Die mit der erfindungsgemäßen Lösung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu erblic
ken, daß unter Anwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens bei versetzt
getakteten Mehrphasenwandlern mit gerader Phasenanzahl die für dessen Regler notwen
digen Reglereingangsgrößen mit einer erheblich reduzierten Anzahl von Strommeßele
menten bereitgestellt werden können. Als Strommeßelemente lassen sich bei einfachen
Schaltungsanordnungen Shunts, bei aufwendigeren Anordnungen Kompensationswandler
einsetzen.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann die notwendige Anzahl von Stromaufnehmern
halbiert werden. Dies hat nicht nur den unmittelbaren Effekt der Bauelementereduzierung
und der damit verbundenen Kostenreduktion zur Folge, sondern reduziert den Aufwand,
der an einer nachgeordneten Schaltung zur Auswertung zu betreiben ist, erheblich. Es kann
auf Stromverstärker, A/D-Wandler und Überwachungsschaltungen verzichtet werden, so
daß auch die Anzahl möglicher Fehlerquellen abnimmt und sich die Schaltungsdiagnose
erheblich vereinfachen läßt.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden mit einem Strommeßglied zwei um 180° pha
senversetzte Ströme angesteuert, erfaßt und ausgewertet und dem Regler des Mehrphasen
wandlers, wie zum Beispiel eines Spannungswandlers, als Eingangsgrößen aufgegeben.
Zur Generierung von Strommeßpausen wird die Strommessung mittels eines Trigger-
Bausteins ausgelöst. Verglichen mit herkömmlichen Regleranordnungen ist nur die halbe
Anzahl von Strommeßelementen sowie die zu diesen gehörige Elektronik notwendig. Fer
ner werden die zu messenden Ströme stets in ihrem Mittelwert erfaßt, so daß eine Signal
weiterverarbeitung hinsichtlich einer Mittelwertbildung ebenfalls entfallen kann. Im Re
gelkreis kann eine schnelle Überstromüberwachung erfolgen, wenn die eingesetzte Über
wachung jeweils synchronisiert mit den einzelnen zu messenden Strömen I1, I2 umge
schaltet wird.
Die Anordnung der Strommeßelemente kann sowohl auf der High-Side als auch auf der
Low-Side im Transistorpfad des Mehrphasenwandlers angeordnet werden.
Je nach Ausbildung des Mehrphasenwandlers mit 4, 6 oder einer noch höheren geraden
Anzahl von versetzt getakteten Halbbrücken, ist eine dieser Anzahl von Eingängen bzw.
Ausgängen entsprechende Reglerstruktur vorzusehen.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens
ergibt sich dann, wenn die Ansteuerung der Transistoren in den Transistorphasen mittels
Center-Aligned PWM-Signalen erfolgt. Die sich damit einstellenden Pulspausen erlauben
eine besonders zuverlässige Strommessung, da die sich einstellenden Pulspausen ausrei
chende Meßzeiten gestatten.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend detailliert beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Mehrphasenwandler (U2/U1-Spannungswandler) mit 4 versetzt getakteten
Halbbrücken und Strommessung im Transistorpfad,
Fig. 2 einen Mehrphasenwandler gemäß Fig. 1, jedoch mit 6 getakteten Halbbrüc
ken,
Fig. 3 einen vollständigen Regelkreis mit Darstellung von zwei versetzt um 180° an
geordneten Halbbrücken,
Fig. 4, 5 die Erzeugung von 180°-versetzten Center-Aligned PWM-Befehlen,
Fig. 6 die Erzeugung von Triggersignalen (Trigger 1) und
Fig. 7 die Erzeugung von 180°-versetzten Triggersignalen (Trigger 2) zur Auslösung
von Strommeßvorgängen im Mehrphasenwandler.
Der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Mehrphasenwandler (U2/U1-Spannungswandler) mit
4 versetzt getakteten Halbbrücken und Strommessung im Transistorpfad entnehmbar.
Im Falle des in Fig. 1 dargestellten Mehrphasenwandlers 1 handelt es sich um einen
Spannungswandler, dessen an der Eingangsseite 2 anstehende Spannung U1 in die an der
Ausgangsseite 3 abgreifbare Ausgangsspannung U2 transformiert wird. Sowohl an der Ein
gangsseite 2 des Spannungswandlers 1 gemäß der Darstellung in Fig. 1 als auch auf der
Ausgangsseite 3 des Spannungswandlers sind Kapazitäten 4 bzw. 5 vorgesehen. Gemäß der
Darstellung in Fig. 1 umfaßt der Spannungswandler 1 vier versetzt getaktete Halbbrücken
13, die jeweils mit P1, P2, P3 und P4 gekennzeichnet sind. Die einzelnen Halbbrücken 13
des Spannungswandlers 1 gemäß der Darstellung in Fig. 1 werden mit versetzter Taktung
6 betrieben, die 180° beträgt. Die Halbbrücke 13, P1 und die Halbbrücke 13, welche mit P3
bezeichnet ist, werden, absolut gesehen, mit 0° und 180° betrieben, während die mit P2
und P4 bezeichneten Halbbrücken 13 absolut gesehen mit 90° und unter 270° Phasenwin
kel betrieben werden.
Die einzelnen Halbbrücken 13 umfassen sowohl auf ihrer High-Side 11 als auch ihrer Low-
Side 12 jeweils einen Transistor 8, dessen Transistorbasis 9 über ein pulsweitenmoduliertes
Signal, wie nachstehend noch gezeigt werden wird, angesteuert wird. Parallel zum jeweili
gen Transistor 8 auf der High-Side 11 bzw. der Low-Side 12 der Halbbrücke 13 liegt eine
Sperrdiode 10. Die einzelnen Halbbrücken 13, d. h. P1, P2, P3 und P4 sind mit Entkopp
lungsinduktivitäten 7 versehen.
Je zwei der Halbbrücken 13 im in Fig. 1 dargestellten Beispiel die Halbbrücken P1 und
P3 sowie die Halbbrücken P2 und P4 sind zu Stromerfassungseinheiten 15 zusammenge
schaltet. In der Darstellung gemäß Fig. 1 sind den jeweiligen Stromerfassungseinheiten
15, jeweils bestehend aus zwei Halbbrücken 13, die zueinander versetzt getaktet werden,
Strom- bzw. Spannungsmeßelemente 14 zugeordnet. In der Darstellung gemäß Fig. 1
liegen die Strom- bzw. Spannungsmeßelemente 14 auf der Low-Side der jeweiligen Halb
brücken 13. Alternativ können die in Fig. 1 auf der Low-Side 12 liegenden Stromerfas
sungselemente 14 auch auf der High-Side 11 der jeweiligen Halbbrücken angeordnet sein.
Entscheidend ist der Umstand, daß mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfah
rens mit einem Strommeßelement 14 die Ströme in zwei Halbbrücken 13 erfaßt ausgewer
tet und einem in Fig. 1 nicht dargestellten Regler als Eingangsgrößen zur Verfügung ge
stellt werden können.
Der Darstellung gemäß Fig. 2 ist ein Mehrphasenwandler gemäß Fig. 1, jedoch mit 6
getakteten Halbbrücken entnehmbar.
Der Mehrphasenwandler 2, bei dem es sich analog zur Darstellung gemäß Fig. 1 um einen
Spannungswandler handeln kann, wandelt eine an der Eingangsseite 2 anstehende Span
nung U1 in eine an der Ausgangsseite 3 abgreifbare Ausgangsspannung U2 um. Sowohl an
der Eingangsseite 2 als auch an der Ausgangsseite 3 des Mehrphasenwandlers gemäß der
Darstellung in Fig. 2 sind Kapazitäten 4 bzw. 5 aufgenommen. Im Unterschied zur Dar
stellung gemäß Fig. 1 umfaßt der in Fig. 2 wiedergegebene Mehrphasenwandler 6 Halb
brücken 13, die durch P1, P2, P3, P4, P5 bzw. P6 gekennzeichnet sind. Jede der Halbbrüc
ken 13 umfaßt auf der High-Side 11 einen Kondensator 8, dem eine Sperrdiode 10 parallel
geschaltet ist. Diese Anordnung findet sich auch auf der Low-Side 12 der jeweiligen Halb
brücken 13, bezeichnet mit P1 bis P6, wieder. Analog zur Darstellung gemäß Fig. 1 ist
jeder Halbbrücke 13 eine Entkopplungsinduktivität 7 zugeordnet.
Jeweils zwei der Halbbrücken 13, in der Darstellung gemäß Fig. 2 die Halbbrücke P1 und
die Halbbrücke P4, bzw. die Halbbrücke P2 und die Halbbrücke PS sowie die Halbbrücke
P3 und die Halbbrücke P6, sind zu gemeinsamen Stromerfassungseinheiten 15 zusammen
geschaltet, denen auf der Low-Side 12 der jeweiligen Halbbrücken 13 ein Strom- bzw. ein
Spannungsmeßelement 14 zugeordnet ist. Bei einfachen Schaltungsanordnungen kann das
Strom- bzw. Spannungsmeßelement 14 als ein Shunt ausgebildet sein; das Strom- bzw.
Spannungsmeßelement kann aber ebensogut als ein Kompensationswandler beschaffen
sein. Die in der Darstellung gemäß Fig. 2 am Mehrphasenwandler 1 vorgesehen 6 Halb
brücken sind jeweils mit einer versetzten Taktung 6 von 180° betreibbar. Durch die Zuord
nung eines Strommeßelementes 14 in Gestalt eines Shunts oder eines Kompensations
wandlers zu jeweils einer Stromerfassungseinheit 15, lassen sich die beiden Ströme I1, I2
einer jeden Halbbrücke 13 mit einem gemeinsamen Strommeßglied erfassen, auswerten
und einem in den Darstellungen gemäß der Fig. 1 und 2 nicht dargestellten Regler als
Eingangsgrößen aufgeben. Dadurch läßt sich einerseits die Anzahl der einzusetzenden
Bauelemente reduzieren, andererseits ist der Aufwand, der hinsichtlich einer nachgeordne
ten Schaltung zu betreiben ist, erheblich minimiert. Strommeßverstärker, Analog/Digital-
Wandler sowie Überwachungsschaltungen können in der Folge reduziert und somit die
auftretenden Fehlermöglichkeiten herabgesetzt werden.
Der Darstellung gemäß Fig. 3 ist ein vollständiger Regelkreis mit Darstellung von zwei
versetzt um 180° angeordneten Halbbrücken entnehmbar.
Stellvertretend für eine Stromerfassungseinheit 15 gemäß einer der Fig. 1 oder 2 sind in
der Darstellung gemäß Fig. 3 die Low-Side-Bereiche 12 von zwei Halbbrücken 13 darge
stellt, in denen jeweils ein Transistor 8 mit zugehöriger Transistorbasis 9 aufgenommen ist.
Parallel zu den Transistoren 8 in jeder der Halbbrücken 13 sind Sperrdioden 10 geschaltet.
Die Transistorbasis 9 wird jeweils über ein PWM-Signal 2, Bezugszeichen 39, bzw. über
ein PWM 1-Signal 38 angesteuert, wobei die beiden PWM-Signale 38 bzw. 39 von einem
PWM-Regler 35 generiert werden.
Die Ströme I1 bzw. I2 in den beiden Halbbrücken 13 der gemeinsamen Stromerfassungs
einheit 15 werden über ein der Stromerfassungseinheit 15 zugeordnetes Strom- bzw. Span
nungselement 14 ermittelt. Die Strommessung 16 erfolgt mittels Widerständen 17 und ei
nes der Strommeßeinheit 16 zugeordneten Operationsverstärkers. Der Strommeßeinheit 16
nachgeordnet ist in der Darstellung gemäß Fig. 3 eine Überwachungseinheit 20, mit der
sich einstellende Überströme erkannt und entsprechende Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet
werden können. Die Überwachungseinheit 20 umfaßt einen Operationsverstärker 22, an
dem eingangsseitig ein maximal zulässiger Stromwert 21 eingegeben werden kann. Durch
die gemäß Fig. 3 dargestellte Überwachungseinheit 20 läßt sich ein Fehlersignal 23 gene
rieren, welches das Einleiten von Abschaltvorgängen und dergleichen auslöst.
Dem Abgriffspunkt 24, an dem die ausgangsseitigen Ströme der Strommeßeinheit 16 an
die Überwachungseinheit 20 übermittelt werden, nachgeordnet ist ein Sample & Hold-
Baustein 27. Dieser umfaßt einen Öffnungs- bzw. Schließschalter 26, dem eine Kapazität
25 nachgeordnet ist. Der Sample & Hold-Baustein 27 umfaßt darüber hinaus einen Opera
tionsverstärker 22; dem Sample & Hold-Baustein 27 ist ein A/D-Wandler 28 nachgeschal
tet, dem wiederum ein Schalter 29 nachgeordnet ist, über den entweder die Messung des
Stromes I1, Bezugszeichen 30, oder des Stromes I2, Bezugszeichen 31, ausgelöst werden
kann.
Die gemessenen Werte für die Ströme I1, Bezugszeichen 30, und I2, Bezugszeichen 31
werden einem Regler 32 des Mehrphasenwandlers 1 als Eingangsgrößen zugeführt, der
zum Beispiel als ein Mikroprozessor ausgestaltet sein kann. Ausgangsseitig generiert der
Regler 32 eine 1. PWM-Steuergröße 34 sowie eine 2. PWM-Steuergröße 33, die dem
PWM-Regler 35 jeweils als Eingangsgrößen aufgegeben werden. Im PWM-Regler 35, der
dem Regler 32 des Mehrphasenwandlers 1 nachgeschaltet ist, werden ausgangsseitig so
wohl ein PWM 1-Signal 38 als auch ein PWM 2-Signal 39 generiert. Ausgangsseitig wer
den ebenfalls im PWM-Regler 35 ein 1. Triggersignal 36 bzw. ein 2. Triggersignal 37 ge
neriert. Die beiden Triggersignale 36 bzw. 37 stehen sowohl am Schalter 29, mit dem in
die Strommessung für I1, Bezugszeichen 30, als auch in die Strommessung für I2, Bezugs
zeichen 31, verzweigt werden kann, als auch am A/D-Wandler 28, welcher dem Sample &
Hold-Baustein 27 nachgeordnet ist, an. Das 1. Triggersignal 36 sowie das 2. Triggersignal
37 werden darüber hinaus einer "ODER"-Verknüpfung 40 aufgegeben, wobei der Aus
gangswert der "ODER"-Verknüpfung 40 sowohl dem Schalter 26 des Sample & Hold-
Bausteins 27 als auch dem diesen nachgeordneten A/D-Wandler 28 zugeführt wird.
Die ausgangsseitig am PWM-Regler 35 erzeugten PWM-Signale 1 bzw. 2, Bezugszeichen
38 bzw. 39, stehen als Center-Aligned PWM-Signale 59 zur Verfügung und steuern die
entsprechenden Basen 9 der Transistoren 8, die in den beiden Halbbrücken 13, aus denen
eine Stromerfassungseinheit 15 gebildet ist, angeordnet sind.
Den Darstellungen gemäß der Fig. 4 und 5 ist die Erzeugung von 180° versetzten Cen
ter-Aligned PWM-Signalen zu entnehmen.
Fig. 4 zeigt die Generierung von Center-Aligned PWM-Signalen 59 anhand einer auf
konstantem Spannungsniveau 56 liegenden Steuerspannung 50 und anhand einer Referenzspannung
51. Die Referenzspannung 51 läßt sich durch abfallende Flanken 52 bzw. anstei
gende Flanken 53 charakterisieren. An den Schnittpunkten 54 der abfallenden Flanken 52
bzw. der ansteigenden 53 der Referenzspannung 51 mit der im wesentlichen konstant ver
laufenden Steuerspannung 50 entstehen Schaltpunkte, welche die sich einstellenden Pul
spausen 58 des Center-Aligned Pulsweitensignals 59 bzw. dessen Pulsdauer 61 definieren.
Das Center-Aligned PWM-Signal gemäß der Darstellung in Fig. 4, Bezugszeichen 59
wird durch einen digitalen Schalter 55 generiert, an dessen positiven Eingangsseite die
Referenzspannung 51 und an dessen negativem Eingang die Steuerspannung 50 auf kon
stantem Niveau 56 anliegt.
Demgegenüber läßt sich der Darstellung gemäß Fig. 5 ein verschobenes Center-Aligned
PWM-Signal entnehmen. Im Unterschied zur Darstellung gemäß Fig. 5 verläuft die Steu
erspannung 50 im oberen Diagramm der Fig. 5 auf einem 2. Steuerspannungsniveau 57,
welches unter dem Spannungsniveau 56 der Steuerspannung 50 gemäß der Darstellung in
Fig. 4 liegt. Dadurch stellen sich bei analog anliegender Referenzspannung 51 am digita
len Schalter 55 verschobene Schaltpunkte 54 ein, an dem der Referenzspannungsverlauf 51
mit seinen abfallenden Flanken 52 bzw. seinen ansteigenden Flanken 53 die im wesentli
chen konstant verlaufende Steuerspannung 50 auf deren 2. Steuerspannungsniveau 57
schneidet. Die durch die Schaltpunkte der abfallenden Flanken 52 bzw. der ansteigenden
Flanken 53 gegebenen Pulsdauern 61 bzw. Pulspausen 58 sind um die Versetzung 60 rela
tiv zu dem PWM-Signal 59 gemäß der Darstellung in Fig. 4 verschoben.
Mit den in Fig. 4 bzw. Fig. 5 erzeugten Center-Aligned PWM-Signalen 59 werden ge
mäß der Darstellung in Fig. 3 die jeweiligen Transistorbasen 9 im Low-Side-Bereich 12
der beiden Halbbrücken 13 der Stromerfassungseinheit 15 beaufschlagt. Dadurch läßt sich
die in Fig. 1 und Fig. 2 mit Doppelpfeilen bezeichnete jeweilige versetzte Taktung 6
realisieren.
Der Darstellung gemäß Fig. 6 ist die Generierung von Trigger-Signalen (Trigger 1) ent
nehmbar.
Dazu wird ein digitaler Schalter 55 sowohl mit einer Referenzspannung 51 als auch mit
einer Triggerspannung 70 beaufschlagt. Das sich einstellende Triggersignal 36 hat die
Form eines Center-Aligned PWM-Signals, welches sich jedoch von diesem durch eine kür
zere Pulsdauer 74 und eine längere Pulspause 73 unterscheidet.
Die Triggerspannung 70 UTrigger verläuft gemäß der Darstellung in Fig. 6 im oberen Dia
gramm auf einem im wesentlichen konstanten Niveau, bezeichnet mit Bezugszeichen 71.
Die Referenzspannung 51 nimmt den bereits im Zusammenhang mit den Fig. 4 und 5
bezeichneten sägezahnförmigen Verlauf ein und ist im wesentlichen durch ansteigende
Flanken 53 bzw. abfallende Flanken 52 gekennzeichnet. An den Schaltpunkten 54 schnei
den die ansteigenden Flanken 53 bzw. die abfallenden Flanken 52 der Referenzspannung
51 die Triggerspannung, wodurch ein Triggersignal 1, Bezugszeichen 36, generiert wird. Je
nach Höhe der Triggerspannung lassen sich die Pulsdauern 74 der Triggersignale 36 bzw.
37 einstellen und gegeneinander relativ verschieben. Dem in Fig. 6 dargestellten Verlauf
des Triggersignals 1, Bezugszeichen 36, ist entnehmbar, daß die sich einstellenden Trigger
pulspausen 73 länger als die Pulspausen 58 der PWM-Signale gemäß den Darstellungen in
Fig. 4 und 5 sind und daß die Dauer des Triggersignals 1, 36, bezeichnet mit Bezugszei
chen 74, kürzer ist als die Pulsdauer 61 eines PWM-Signals 38 oder 39 (Center-Aligned
PWM-Signal 59).
Fig. 7 zeigt die Erzeugung von 180° versetzten Triggersignalen (Trigger 2) zur Auslösung
von Strommeßvorgängen im Mehrphasenwandler.
Der Darstellung gemäß Fig. 7 ist entnehmbar, daß die Triggerspannung 70 (UTrigger) auf
einem 2. Triggerspannungsniveau 72 verläuft, welches niedriger liegt als das Triggerspan
nungsniveau 71 gemäß der Darstellung in Fig. 6. Dadurch stellen sich verschobene
Schaltpunkte 54 ein, an denen die ansteigende Signalflanke 53 bzw. die abfallende Signal
flanke 52 die im wesentlichen auf konstantem Spannungsniveau 72 verlaufende Trigger
spannung 70 UTrigger schneiden. Durch das gewählte 2. Spannungsniveau 72 der Trigger
spannung 70 läßt sich eine mit Bezugszeichen 60 identifizierte Versetzung der Triggersi
gnale 36 und 37 zueinander realisieren. Die in Fig. 6 und Fig. 7 jeweils im unteren Dia
gramm der gegebenen Verläufe des 1. und des 2. Triggersignals 36 bzw. 37 weisen jeweils
gemeinsame Triggersignalpausen 73 und gemeinsame Triggersignalpulsdauern 74 auf, sind
jedoch zueinander um die Versetzung 60 verschoben.
Aus der Generierung von versetzten PWM-Signalen 38 bzw. 39 als Center-Aligned PWM-
Signal 59 und der Erzeugung von versetzten Triggersignalen 1 und 2, Bezugszeichen 36
bzw. 37, am PWM-Regler 35 kann die Messung der Ströme 30 bzw. 31 I1, I2 in der Stro
merfassungseinheit 15 über einen gemeinsames Strommeßelement 14, sei es ein Shunt, sei
es ein Kompensationswandler, erfolgen. Die Pulspausen 58 der PWM-Signale 38 bzw. 39
als Center-Aligned PWM-Signale 59 sind dabei so bemessen, daß in den Pulspausen eines
Stroms der Ströme I1 und I2 der jeweils andere Strom gemessen werden kann und umge
kehrt. Dazu ist am PWM-Regler 35, der dem Regler 32 des Mehrphasenwandlers 1 zugeordnet
ist, der PWM-Bereich von 5% bis 95% eingestellt. Über die ausgangsseitig am
PWM-Regler 35 anstehenden Triggersignale 36 bzw. 37 wird der Schalter 29 beaufschlagt,
der in der Darstellung gemäß Fig. 3 die jeweilige Strommessung von Strom I1 bzw. I2
auslöst. Zu dieser Ansteuerung des Schalters 29 synchronisiert, erfolgt über ein durch die
Triggersignale 36 bzw. 37 beaufschlagtes "ODER"-Verknüpfungselement 40 die Auswahl
jeweils eines der Triggersignale am Sample & Hold-Baustein 27 bzw. am diesem nachge
ordneten A/D-Wandler 28. Dadurch wird in Abstimmung auf die Pulspausenlängen 58 der
PWM-Signale 38 bzw. 39, die als Center-Aligned PWM-Signale 59 vom Regler 35 gene
riert werden, die Strommessung 16 am Strommeßelement 14 einer Stromerfassungseinheit
15 ständig zwischen einer Halbbrücke 13 (P1) auf die in versetzter Taktung 6 betriebene
Halbbrücke P3 oder in Anlehnung an Fig. 2 von der Halbbrücke P1 auf die Halbbrücke
P4 usw. umgeschaltet.
Für mehrere Phasen als die in Fig. 1 bzw. Fig. 2 dargestellten vier bzw. 6 Phasen, d. h.
Halbbrücken 13 im Mehrphasenwandler ist der dem Mehrphasenwandler 1 jeweils zuge
ordnete Regler 32 mit einer entsprechend größeren Anzahl von Reglerein- bzw. ausgängen
auszulegen. Die in solchen Schaltungsanordnungen die Kosten erhöhenden Schaltungsele
mente wie zum Beispiel Strommeßglied, A/D-Wandler und Auswerteschaltung reduzieren
sich mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens um die Hälfte.
1
Mehrphasenwandler
2
Eingangsseite (U1
)
3
Ausgangsseite (U2
)
4
Eingangskapazität
5
Ausgangskapazität
6
versetzte Taktung
7
Entkopplungsinduktivität
P1 Phase
P2 Phase
P3 Phase
P4 Phase
P5 Phase
P6 Phase
P1 Phase
P2 Phase
P3 Phase
P4 Phase
P5 Phase
P6 Phase
8
Transistor
9
Transistorbasis
10
Sperrdiode
11
High-Side
12
Low-Side
13
Halbbrücke
14
Strommeßelement
15
Stromerfassungseinheit
16
Strommessung
17
Widerstand
20
Überwachungsbaustein
21
Maximalwertvorgabe
22
Operationsverstärker
23
Fehlersignal
24
Abgriffspunkt
25
Kapazität
26
Schalter
27
Sample & Hold-Baustein
28
A/D-Wandler
29
Schalter
30
Strom I1
31
Strom I2
32
Regler (µP)
33
1
. PWM-Steuergröße
34
2
. PWM-Steuergröße
35
PWM-Regler
36
1
. Triggersignal
37
2
. Triggersignal
38
PWM 1-Signal
39
PWM 2-Signal
40
"ODER"-Verknüpfung
50
Steuerspannung USt
51
Referenzspannung URef
52
abfallende Flanke
53
ansteigende Flanke
54
Schaltpunkt
55
digitaler Schalter
56
1
. Steuerspannungsniveau
57.
57.
2
. Steuerspannungsniveau
58
Pulspause
59
Center-Aligned PWM-Signal
60
Versetzung
61
Pulsdauer
70
Triggerspannung UTrigger
71
1
. Triggerspannungsniveau
72
2
. Triggerspannungsniveau
73
Triggersignalpause
74
Triggersignaldauer
Claims (13)
1. Verfahren zur Messung von Strömen und Spannungen an Mehrphasenwandlern (1),
die mit einem Regler (32) versehen sind, welchem zur Berechnung von Regleraus
gangsgrößen (33, 34) als Eingangsgrößen Ströme (30, 31) bzw. Spannungen aufgege
ben werden und die mit einer geraden Anzahl in versetzter Taktung (6) betreibbare
Halbbrücken (13) betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom- bzw.
Spannungsmessung (16) an jeweils zwei zu einer Stromerfassungseinheit (15) zusam
mengefaßten Halbbrücken (13) erfolgt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom- bzw. Span
nungsmessung (16) in der Stromerfassungseinheit (15) entweder auf Seiten der High-
Side (11) oder auf Seiten der Low-Side (12) der jeweiligen Halbbrücken (13) erfolgt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglerausgangsgrößen
(33, 34) einem PWM-Regler (35) zugeführt werden, der Center-Aligned PWM-Signale
(59) generiert.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der PWM-Regler (35)
ausgangsseitig sowohl ein PWM 1-Signal (38) als auch ein PWM 2-Signal (39) sowie
Triggersignale (36, 37) generiert.
5. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationsbereich
für die Center-Aligned PWM-Signale (59) zwischen 5% und 95% liegt.
6. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versetzung (60) des
PWM 1-Signals (38) zum PWM 2-Signal (39) der versetzten Taktung (6) der beiden
Halbbrücken (13) der Stromerfassungseinheit (15) entspricht.
7. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsdauer (61) des
PWM 1- und des PWM 2-Signals (38, 39) die Pulsdauer (74) der Triggersignale (36,
37) übersteigt.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbbrücken (13) der
Stromerfassungseinheit (15) in einer versetzten Taktung (6) von 180° betrieben wer
den.
9. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggersignale (36,
37) und die PWM 1- bzw. PWM 2-Signale (38, 39) derart synchronisiert sind, daß in
den Pulspausen (58) des PWM 1-Signals (38) der Strom I2 (31) und in den Pulspausen
(58) des PWM 2-Signals (39) der Strom I1 (30) ermittelt wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom- bzw. Span
nungsmessung (16) in den Stromerfassungseinheiten (15) mittels Meßelementen (14)
wie Shunts erfolgt.
11. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom- bzw. Span
nungsmessung (16) in den Stromerfassungseinheiten (15) über als Meßelemente (14)
dienende Kompensationswandler erfolgt.
12. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Triggersignalen (36,
37) des PWM-Reglers (35) ein Schaltelement (29) zur Auswahl von zu messenden
Strömen I1, I2 (30, 31) unter Zwischenschaltung einer "ODER"-Verknüpfung (40) ei
nem Sample & Hold-Baustein (27) und einem A/D-Wandler (28) aufgegeben werden.
13. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom-
/Spannungsmessung (16) eine Überstrom/Überspannungsüberwachung (20) zugeord
net ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001112820 DE10112820A1 (de) | 2001-03-16 | 2001-03-16 | Verfahren zur Messung von Strömen in Multiphasenwandlern mit Strommesselement-Auslösung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2001112820 DE10112820A1 (de) | 2001-03-16 | 2001-03-16 | Verfahren zur Messung von Strömen in Multiphasenwandlern mit Strommesselement-Auslösung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10112820A1 true DE10112820A1 (de) | 2002-10-02 |
Family
ID=7677787
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2001112820 Withdrawn DE10112820A1 (de) | 2001-03-16 | 2001-03-16 | Verfahren zur Messung von Strömen in Multiphasenwandlern mit Strommesselement-Auslösung |
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Country | Link |
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DE (1) | DE10112820A1 (de) |
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