DE102006006960B4 - Procedure and electrical device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben eines Elektrogeräts, das ein Umrichter, ein Wechselrichter, ein Rückspeisegerät oder ein andere Leistungshableiterschalter umfassendes Gerät ist,wobei das Elektrogerät pulsweitenmoduliert betriebene Leistungselektronik umfasst,abhängig von der Temperatur, insbesondere Temperatur der Leistungsbauelemente, Leistungshalbleiter oder Kühlkörper,eine konstante PWM-Frequenz oder eine mischgetaktete PWM-Frequenz verwendet wird,wobei bei der Mischtaktung:in einer ersten Zeitspanne eine erste PWM-Frequenz verwendet wird undin einer zweiten Zeitspanne eine zweite PWM-Frequenz verwendet wird, die sich von der ersten unterscheidet,wobei die Zeitspannen ganzzahlige Vielfache sind einer Grund-Periode,wobei die Zeitspannen aufeinander folgen in sich wiederholender Abfolgewobei die Zeitspannen kleiner sind als eine thermische Zeitkonstante einer Schicht oder Komponente eines Leistungshalbleiterschalters der Leistungselektronikwobei die Grund-Periode einem Timer der Software des Gerätes zugeordnet ist,dadurch gekennzeichnet, dass- unterhalb eines ersten Temperaturwerts eine erste PWM-Frequenz verwendet wird- oberhalb eines zweiten Temperaturwerts eine zweite PWM-Frequenz verwendet wird- zwischen erstem und zweitem Temperaturwert eine Mischtaktung verwendet wird.A method for operating an electrical device that is a converter, an inverter, a regenerative device or another device comprising power semiconductor switches, the electrical device comprising power electronics operated with pulse width modulation, depending on the temperature, in particular temperature of the power components, power semiconductors or heat sinks, a constant PWM frequency or a mixed-clocked PWM frequency is used, with the mixed clocking: a first PWM frequency being used in a first time period and a second PWM frequency being used in a second time period, which differs from the first, the time periods being integer multiples a basic period, the time spans following one another in a repeating sequence, the time spans being smaller than a thermal time constant of a layer or component of a power semiconductor switch of the power electronics, the basic period being a timer of the software Device is assigned, characterized in that - below a first temperature value a first PWM frequency is used - above a second temperature value a second PWM frequency is used - a mixed clock is used between the first and second temperature value.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Elektro-GerätThe invention relates to a method and an electrical device
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.With some inverters, the duration of the PWM period can only be implemented as an integer multiple of a basic period. For example, depending on the software or hardware, a timer is set with this basic period, to which the entire software and the current measurement are aligned.
Aus der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine geringere und/oder angenehmere Geräuschemission zu erreichen bei Elektro-Geräten.The invention is therefore based on the object of achieving lower and / or more pleasant noise emissions in electrical devices.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 oder 3 und bei dem Elektro-Gerät nach den in Anspruch 5 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention, the object is achieved in the method according to the features specified in claim 1 or 3 and in the electrical device according to the features specified in claim 5.
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 intended to operate an electrical device, this comprising power electronics operated with pulse width modulation,
wherein a first PWM frequency is used in a first period of time and a second PWM frequency that differs from the first is used in a second period of time.
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.The advantage here is that the noise emission is lower and more pleasant than when using only one frequency. The time periods can be dimensioned in such a way that the switching losses of the power semiconductor switches nevertheless 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.In an advantageous embodiment, further PWM frequencies are used in further time periods. The advantage here is that the noise emission is even more pleasant.
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.In an advantageous embodiment, the time periods follow one another in a repeating sequence. The advantage here is that natural vibrations of components can only build up within the time periods. By alternating quickly, only low amplitudes are achieved for the natural oscillations or oscillations of device components.
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.In an advantageous embodiment, the time periods are shorter than a thermal time constant of a layer or component of a power semiconductor switch of the power electronics. The advantage here is that the temperature changes only slightly when changing the PWM frequencies. Thus, the change in the mechanical stresses between subregions of the power semiconductor, such as semiconductor layers, bonds, housings and the like, relative to one another is small and thus the service life of the device is long.
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.In an advantageous embodiment, the time periods are integer multiples of a basic period. The advantage here is that the control software can be executed simply and quickly in accordance with the invention.
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.In an advantageous embodiment, the basic period is assigned to a timer in the software of the device. The advantage here is that devices whose operating and / or control and / or regulating software is constructed in such a way that a timer is provided, with values being determined in the rhythm specified by this, such as current measured values 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.In an advantageous embodiment, the device is a converter, an inverter, a feedback device or another device comprising power semiconductor switches. The advantage here is that the invention can be applied to different types of devices if these comprise semiconductor switches controlled in a pulse-width-modulated manner, the PWM frequency being constant in this type of device in the prior art. By means of the invention, two or more frequencies are then used in an alternating sequence, the frequency remaining constant in the respective individual time interval.
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 device are that it comprises power electronics that can be operated with pulse width modulation, the device being designed in such a way that it can be operated with different PWM frequencies, in particular in such a rapid sequence, i.e. mixed clocking, that the mixed clock period is shorter than a thermal time constant . The advantage here is that the effects of the mechanical stresses or whose changes can be reduced. In particular, the alternating load operation can be reduced and the service life can thus be increased.
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.Essential features of the further method for operating an electrical device are that it includes power electronics operated with pulse width modulation,
depending on the temperature, in particular the temperature of the power components, power semiconductors or heat sinks, a constant PWM frequency or a mixed-clocked PWM frequency is used.
Vorteiligerweise ist somit stets das optimale Verfahren ausführbar, um einerseits die Schaltverluste und andererseits die Geräusche zu minimieren.Advantageously, the optimal method can therefore always be carried out in order to minimize the switching losses on the one hand and the noise on the other hand.
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.
- a first PWM frequency is used below a first temperature value
- - a second PWM frequency is used above a second temperature value
- - a mixed cycle is used between the first and second temperature value.
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.In an advantageous embodiment, mixed clocking is produced from the first and second PWM frequencies. In particular, the first PWM frequency is used for a first individual time span and the second PWM frequency is used for a second individual time span, first and second individual time spans always following one another alternately. The advantage here is that the cycle ratio can be changed as a function of the temperature.
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.In an advantageous embodiment, the period of the mixed clocking is greater than the PWM period of the first PWM frequency, in particular equal to or greater than twice the first PWM frequency. In an advantageous embodiment, the mixed clock is composed of more than two PWM frequencies. The advantage here is that a very pleasant, quiet generation of noise can be achieved.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantages result from the subclaims.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
- In der
1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren schematisch gezeichnet. Dabei ist eine Mischtaktung im Verhältnis 3 zu 4 gezeigt. In einem ersten Zeitintervall, nämlich dem längeren, ist dabei eine PWM-Frequenz von 16 kHz und in einem zweiten Zeitintervall, nämlich dem kürzeren, ist eine PWM-Frequenz von 8 kHz vorgesehen.
- In the
1 a method according to the invention is shown schematically. A mixed cycle in a ratio of 3 to 4 is shown. In a first time interval, namely the longer one, a PWM frequency of 16 kHz is provided and in a second time interval, namely the shorter one, a PWM frequency of 8 kHz is provided.
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, which is 250 microseconds, for example.
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, low-noise operation can be achieved with nevertheless low power loss of the power semiconductor switches of the device, such as converters, inverters, feedback units or the 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.The switching losses of the power semiconductor switches are lowest at low frequencies, but at these frequencies the noises are most annoying and unpleasant for the human ear. Also, noise generated when using a constant PWM frequency is unpleasant and annoying.
Mittels des Mischbetriebs ist das Geräusch angenehmer und es werden Eigenschwingungen der Komponenten des Geräts weniger stark angeregt.The mixed operation makes the noise more pleasant and natural vibrations of the components of the device are less strongly stimulated.
Vorzugsweise sind die Einzel-Zeitspannen
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 according to the invention, the mixing cycle described is changed as a function of temperature. This means that the individual time intervals are made dependent on the temperature corresponding to the power semiconductor switch. The alternating load operation is prevented by the mixed cycle. The relative ratio of the individual time intervals to one another is therefore determined as a function of the temperature. Thus, with increasing temperature, usually caused by increasing load, the individual time interval corresponding to the lower frequency is lengthened compared to the other individual 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 according to the invention, a constant high frequency, for example 16 kHz, is applied at a low temperature, which corresponds to a very low load. Only when the temperature rises, for example when the load increases, the above-described mixed cycle is activated. If the workload is very high, a constant low frequency, for example 4 kHz, is then 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, at least three different operating modes are coupled, which are selected depending on the temperature. Thus, low switching losses and pleasantly quiet noises can be achieved during operation.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- t16kHzt16kHz
- Einzel-ZeitspanneSingle time span
- t8kHz t 8kHz
- Einzel-ZeitspanneSingle time span
Claims (5)
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