DE102006006960A1 - Electronic device operating method, involves using pulse width modulated frequency in time period and using another pulse width modulated frequency in other time period, where time periods follow one another in recurring succession - Google Patents
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Abstract
Description
Aus
der
Aus
der
Die Dauer der PWM-Periode ist bei manchen Umrichtern nur als Ganzzahliges Vielfaches einer Grund-Periode ausführbar. Beispielsweise ist Software- oder Hardware-bedingt ein Timer mit dieser Grund-Periode eingestellt, auf den die gesamte Software und die Stromerfassung ausrichtet.The The duration of the PWM period is only an integer for some inverters Multiple of a basic period executable. For example, software or hardware-dependent set a timer with this basic period, on which the entire software and the current registration aligns.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine geringere und/oder angenehmere Geräuschemission zu erreichen bei Elektro-Geräten.Of the The invention is therefore based on the object, a lower and / or more pleasant noise emission to reach at electrical appliances.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 und bei dem Elektro-Gerät nach den in Anspruch 8 oder 14 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention Task in the method according to claim 1 and in the electrical device according to the achieved in claim 8 or 14 specified characteristics.
Wichtige
Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren sind, dass es zum Betreiben
eines Elektrogeräts
vorgesehen ist, wobei dieses pulsweitenmoduliert betriebene Leistungselektronik
umfasst,
wobei in einer ersten Zeitspanne eine erste PWM-Frequenz
verwendet wird und in einer zweiten Zeitspanne eine zweite PWM-Frequenz
verwendet wird, die sich von der ersten unterscheidet.Important features of the invention in the method are that it is provided for operating an electrical appliance, wherein this comprises pulse-width-modulated power electronics,
wherein a first PWM frequency is used in a first time period and in a second time period a second PWM frequency different from the first one is used.
Von Vorteil ist dabei, dass die Geräuschemission geringer und angenehmer ist als bei Verwendung nur einer Frequenz. Die Zeitspannen sind dabei derart dimensionierbar, dass die Schaltverluste der Leistungshalbleiterschalter trotzdem gering bleiben.From The advantage here is that the noise emission less and more comfortable than using only one frequency. The time periods are dimensioned such that the switching losses the power semiconductor switch still remain low.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden in weiteren Zeitspannen weitere PWM-Frequenzen verwendet werden. Von Vorteil ist dabei, dass die Geräuschemission noch angenehmer ist.at an advantageous embodiment are in further periods used additional PWM frequencies become. The advantage here is that the noise emission is even more pleasant is.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung folgen die Zeitspannen aufeinander in sich wiederholender Abfolge. Von Vorteil ist dabei, dass sich nur innerhalb der Zeitspannen Schwingungen Eigenschwingungen von Komponenten aufbauen können. Durch ein zügiges Abwechseln werden also nur geringe Amplituden bei den Eigenschwingungen oder Schwingungen von Geräte-Komponenten erreicht.at According to an advantageous embodiment, the time periods follow one another in a repetitive sequence. The advantage here is that only within the time periods oscillations natural oscillations of Components can build. Through a swift Alternating only small amplitudes in the natural oscillations or vibrations of device components reached.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zeitspannen kleiner als eine thermische Zeitkonstante einer Schicht oder Komponente eines Leistungshalbleiterschalters der Leistungselektronik. Von Vorteil ist dabei, dass die Temperatur sich nur geringfügig ändert beim Wechseln der PWM-Frequenzen. Somit ist die Änderung der mechanischen Spannungen zwischen Teilbereichen des Leistungshalbleiters, wie Halbleiterschichten, Bonds, Gehäuse und dergleichen, zueinander gering und somit die Standzeit des Gerätes hoch.at In an advantageous embodiment, the time periods are less than a thermal time constant of a layer or component of a Power semiconductor switch of power electronics. Advantageous is that the temperature changes only slightly when changing the PWM frequencies. Consequently is the change the mechanical stresses between sections of the power semiconductor, such as Semiconductor layers, bonds, housings and the like, each other low and thus the life of the device high.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zeitspannen ganzzahlige Vielfache einer Grund-Periode. Von Vorteil ist dabei, dass die Regelungssoftware entsprechend einfach und schnell entsprechend der Erfindung ausführbar ist.at According to an advantageous embodiment, the time periods are integer Multiples of a basic period. The advantage here is that the control software according to the invention can be carried out according to the invention easily and quickly.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Grund-Periode einem Timer der Software des Gerätes zugeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass Geräte, deren Betriebs- und/oder Steuerungs- und/oder Regelungssoftware derart aufgebaut ist, dass ein Timer vorgesehen ist, wobei in dem von diesem vorgegebenen Rhythmus Werte bestimmt werden, wie beispielsweise Strommesswerte oder dergleichen. Die Grund-Periode ist allerdings nur mit großem Aufwand änderbar.at According to an advantageous embodiment, the basic period is a timer the software of the device assigned. The advantage here is that devices whose operating and / or Control and / or regulating software is constructed such that a timer is provided, wherein in the rhythm of this predetermined Values are determined, such as current readings or the like. However, the basic period can only be changed with great effort.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gerät ein Umrichter, ein Wechselrichter, ein Rückspeisegerät oder ein anderes Leistungshableiterschalter umfassendes Gerät. Von Vorteil ist dabei, dass die Erfindung auf verschiedenartige Geräte anwendbar ist, wenn diese pulsweitenmoduliert angesteuerte Halbleiterschalter umfassen, wobei die PWM-Frequenz bei diesem Gerätetyp im Stand der Technik konstant ist. Mittels der Erfindung werden dann zwei oder mehr Frequenzen in abwechselnder Folge verwendet, wobei im jeweiligen Einzel-Zeitintervall die Frequenz konstant bleibt.at According to an advantageous embodiment, the device is a converter, an inverter, a regenerative device or a other power divider switch comprehensive device. Advantageous is that the invention applicable to various devices is when these pulse width modulated triggered semiconductor switches wherein the PWM frequency in this type of device in the prior art is constant. By means of the invention then two or more frequencies used in alternating sequence, wherein in each individual time interval the Frequency remains constant.
Wichtige Merkmale bei dem Elektrogerät sind, dass es pulsweitenmoduliert betreibbare Leistungselektronik umfasst, wobei das Gerät derart gestaltet ist, dass es mit verschiedenen PWM-Frequenzen betreibbar ist, insbesondere in einer derart schnellen Abfolge, also Mischtaktung, dass die Mischtaktperiodendauer kleiner ist als eine thermische Zeitkonstante. Von Vorteil ist dabei, dass die Auswirkungen der mechanischen Spannungen oder deren Änderungen verringerbar sind. Insbesondere ist der Wechsellastbetrieb verringerbar und die Standzeit somit erhöhbar.Important Features of the electrical appliance, that it comprises pulse-width modulated operable power electronics, the device is designed such that it can be operated with different PWM frequencies is, especially in such a fast sequence, so mixing timing, that the mixing cycle period is smaller than a thermal one Time constant. The advantage here is that the effects of mechanical stresses or their changes are reducible. In particular, the alternating load operation can be reduced and the service life thus heightened.
Wesentliche
Merkmale bei dem weitere Verfahren zum Betreiben eines Elektrogeräts sind,
dass es pulsweitenmoduliert betriebene Leistungselektronik umfasst,
wobei
abhängig
von der Temperatur, insbesondere Temperatur der Leistungsbauelemente,
Leistungshalbleiter oder Kühlkörper, eine
konstante PWM-Frequenz oder eine mischgetaktete PWM-Frequenz verwendet
wird.Significant features in the further method for operating an electrical appliance are that it comprises power electronics operated in pulse width modulation,
being dependent on the temperature, in particular Temperature of the power devices, power semiconductors or heatsink, a constant PWM frequency or a mixed-frequency PWM frequency is used.
Vorteiligerweise ist somit stets das optimale Verfahren ausführbar, um einerseits die Schaltverluste und andererseits die Geräusche zu minimieren.Vorteiligerweise Thus, the optimal method is always executable, on the one hand the switching losses and then the sounds to minimize.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird
- – unterhalb eines ersten Temperaturwert eine erste PWM-Frequenz verwendet
- – oberhalb eines zweiten Temperaturwert eine zweite PWM-Frequenz verwendet
- – zwischen erstem und zweitem Temperaturwert eine Mischtaktung verwendet.
- - Used below a first temperature value, a first PWM frequency
- - Used above a second temperature value, a second PWM frequency
- - used a mixing cycle between the first and second temperature value.
Von Vorteil ist dabei, dass nicht nur die Mischtaktung sondern auch konstante Frequenzen anwendbar sind.From The advantage here is that not only the mixing timing but also constant frequencies are applicable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird Mischtaktung aus der ersten und zweiten PWM-Frequenz hergestellt. Insbesondere wird für eine erste Einzel-Zeitspanne die erste PWM-Frequenz und für eine zweite Einzel-Zeitspanne die zweite PWM-Frequenz verwendet, wobei erste und zweite Einzel-Zeitspannen periodisch stets abwechselnd aufeinander folgen. Von Vorteil ist dabei, dass das Taktverhältnis temperaturabhängig veränderbar ist.at an advantageous embodiment is mixing timing of the first and second PWM frequency produced. In particular, for a first single time period the first PWM frequency and for a second single time period the second PWM frequency is used, with first and second individual time periods periodically always follow each other alternately. Is an advantage doing that, the clock ratio temperature-dependent variable is.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Periodendauer der Mischtaktung größer als die PWM-Periodendauer der ersten PWM-Frequenz, insbesondere gleich oder größer als das Doppelte der ersten PWM-Frequenz. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Mischtaktung aus mehr als zwei PWM-Frequenzen zusammengesetzt. Von Vorteil ist dabei, dass eine sehr angenehme leise Geräuschbildung erreichbar ist.at an advantageous embodiment is the period of the mixing cycle greater than the PWM period of the first PWM frequency, in particular the same or greater than twice the first PWM frequency. In an advantageous embodiment the mixing timing is composed of more than two PWM frequencies. The advantage here is that a very pleasant quiet noise is reachable.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further Advantages emerge from the subclaims.
Die
Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der
In the
Jedes der beiden Zeitintervalle ist ein Ganzzahliges Vielfaches der Grundperiode, die beispielsweise 250 μs beträgt.each of the two time intervals is an integer multiple of the basic period, for example 250 μs is.
In
der
Mit diesen Mischtaktungen ist ein geräuscharmer Betrieb erzielbar bei trotzdem geringer Verlustleistung der Leistungshalbleiterschalter des Gerätes, wie Umrichter, Wechselrichter Rückspeiseeinheit oder dergleichen.With These mixed clocks a low-noise operation is achieved nevertheless low power dissipation of the power semiconductor switch of the device, like Inverter, inverter regenerative unit or like.
Bei niedrigen Frequenzen sind die Schaltverluste der Leistungshalbleiterschalter am geringsten, jedoch sind bei diesen Frequenzen die Geräusche am meisten störend und unangenehm für das menschliche Ohr. Ebenso ist ein Geräusch, das bei der Verwendung von einer konstanten PWM-Frequenz erzeugt ist, unangenehm und störend.at low frequencies are the switching losses of the power semiconductor switches least, but at these frequencies the noises are on most disturbing and uncomfortable for the human ear. Likewise, there is a noise in use generated by a constant PWM frequency, unpleasant and disturbing.
Mittels des Mischbetriebs ist das Geräusch angenehmer und es werden Eigenschwingungen der Komponenten des Geräts weniger stark angeregt.through mixed operation, the noise is more pleasant and there are less natural vibrations of the components of the device strongly stimulated.
Vorzugsweise sind die Einzel-Zeitspannen t8kHz und t16kHz kürzer als die thermische Zeitkonstante der Leistungshalbleiter. Auf diese Weise ist Wechsellastbetrieb vermeidbar und somit die Standzeit der Leistungshalbleiter verlängerbar. Denn durch Temperaturhübe thermisch bedingte mechanische Spannungsänderungen wirken sich negativ auf die Standzeit aus. Um die Temperaturhübe also klein zu halten, sollten die Einzel-Zeitspannen kleiner sein als die thermische Zeitkonstante einer Schicht oder Komponente des Leistungshalbleiterschalters oder des Chip-Gehäuses der Leistungshalbleiterschalter.Preferably, the individual time periods t 8kHz and t 16kHz are shorter than the thermal time constant of the power semiconductors. In this way, alternating load operation is avoidable and thus the service life of the power semiconductors can be extended. Because thermal shocks caused by thermal stress changes have a negative effect on the service life. In order to keep the temperature strokes so small, the individual time spans should be smaller than the thermal time constant of a layer or component of the power semiconductor switch or the chip housing of the power semiconductor switches.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung wird die beschriebene Mischtaktung temperaturabhängig verändert. Das heißt, dass die Einzelzeitintervalle abhängig gemacht werden von der dem Leistungshalbleiterschalter entsprechenden Temperatur. Der Wechsellastbetrieb bleibt durch die Mischtaktung verhindert. Das relative Verhältnis der Einzel-Zeitintervalle zueinander wird also als Funktion der Temperatur festgelegt. Somit wird bei zunehmender Temperatur, meist bewirkt durch zunehmende Belastung, das der niedrigeren Frequenz entsprechende Einzel-Zeitintervall verlängert gegenüber dem anderen Einzel-Zeitintervall.In a further embodiment of the invention is changed the described mixing cycle depending on the temperature. It means that the individual time intervals dependent are made by the power semiconductor switch corresponding Temperature. The alternating load operation remains through the mixing cycle prevented. The relative ratio the individual time intervals to each other is therefore as a function of Temperature set. Thus, with increasing temperature, usually caused by increasing load, the lower frequency corresponding single time interval extended over the other single time interval.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung wird bei niedriger Temperatur, die einer sehr kleinen Auslastung entspricht, eine konstante hohe Frequenz, beispielsweise 16 kHz, angelegt. Erst wenn die Temperatur größer wird, beispielsweise bei zunehmender Auslastung, wird die oben beschriebene Mischtaktung aktiviert. Bei sehr großer Auslastung wird dann eine konstante niedrige Frequenz, beispielsweise 4 kHz, angelegt.In a further embodiment of the invention is at low temperature, which corresponds to a very low utilization, a constant high frequency, for example 16 kHz applied. Only when the temperature gets bigger, for example, as the load increases, the one described above Mixed timing activated. At very high utilization then becomes one constant low frequency, for example 4 kHz applied.
Bei diesem Verfahren werden also zumindest drei verschiedene Betriebsarten gekoppelt, die temperaturabhängig ausgewählt werden. Somit sind niedrige Schaltverluste und angenehme leise Geräusche beim Betrieb erreichbar.In this method, so at least three different modes are coupled, which are selected depending on the temperature. Thus are low switching losses and pleasant low noise during operation achievable.
- t16kHz t 16kHz
- Einzel-ZeitspanneSingle-time
- t8kHz t 8kHz
- Einzel-ZeitspanneSingle-time
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