DE102012206721A1 - Method for controlling high-side switching element and low-side switching element, involves shortening time period of high state of control signals to duty cycle setting time period by twice guard time and fraction of guard time - Google Patents
Method for controlling high-side switching element and low-side switching element, involves shortening time period of high state of control signals to duty cycle setting time period by twice guard time and fraction of guard time Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Steuerung von Schaltelementen einer im Wesentlichen im Gegentakt angesteuerten Halbbrücke in einem Umrichter, insbesondere Wechselrichter oder Gleichrichter.The invention relates to the control of switching elements of a substantially balanced push-pull half-bridge in a converter, in particular an inverter or rectifier.
Wechselrichter dienen dazu, eine Gleichsignal in eine Wechselsignal umzurichten, beispielsweise zur Erzeugung von mehrphasigem (insbesondere dreiphasigem) Wechselstrom aus einer Gleichspannungsquelle, um hiermit beispielsweise eine mehrphasige elektrische Maschine in einem elektromotorisch angetriebenen Fahrzeug mit Energie zu versorgen. Gleichrichter arbeiten genau umgekehrt, wobei aus einem Wechselsignal (beispielsweise einem dreiphasigem Wechselstrom) ein Gleichsignal erzeugt wird.Inverters serve to convert a DC signal into an AC signal, for example for generating polyphase (in particular three-phase) alternating current from a DC voltage source, in order to supply, for example, a polyphase electrical machine in an electric motor driven vehicle with energy. Rectifiers work exactly the other way around, whereby a DC signal is generated from an AC signal (for example, a three-phase alternating current).
In einem Wechselrichter oder aktiven Gleichrichter wird für jede Phase beispielsweise eine Halbbrücke verwendet. Eine beispielhafte Halbbrücke
Zwischen dem oberen High-Side-Potential UZK/2 und dem Phasenanschluss PH und zwischen dem Phasenanschluss PH und dem unteren Low-Side-Potential –UZK/2 ist außerdem mindestens eine Diode HSD bzw. eine Diode LSD angeordnet. Die Dioden HSD und LSD dienen dazu, den Strom vom Low-Side-Schaltelement LSS bzw. High-Side-Schaltelement HSS zu übernehmen und aufrecht zu halten, wenn das Low-Side-Schaltelement LSS bzw. High-Side-Schaltelement HSS geöffnet werden und nicht mehr leitend sind.Between the upper high-side potential U ZK / 2 and the phase connection PH and between the phase connection PH and the lower low-side potential -U ZK / 2, at least one diode HSD or a diode LSD is additionally arranged. The diodes HSD and LSD serve to take over and maintain the current from the low-side switching element LSS or high-side switching element HSS when the low-side switching element LSS or high-side switching element HSS is opened and are no longer conductive.
Die Schaltelemente HSS und LSS werden durch pulsweitenmodulierte (PWM) Steuersignale GHSS und GLSS an den Steuereingänge der Schaltelemente HSS und LSS gesteuert. Bei den Steuersignalen GHSS und GLSS handelt es sich im Fall von
Die pulsweitenmodulierten Signale wechseln jeweils zwischen zwei Signalzuständen, einem High-Zustand mit höherem Potential und ein Low-Zustand mit niedrigerem Potential. Die Breite eines High-Impulses und damit auch der Tastgrad dc, d. h. das Verhältnis zwischen der Breite des High-Impulses zur Periodendauer, sind dabei moduliert. Der Tastgrad wird auch als Dutycycle bezeichnet.The pulse width modulated signals each change between two signal states, a high state with a higher potential and a low state with a lower potential. The width of a high-pulse and thus the duty cycle dc, d. H. the ratio between the width of the high pulse to the period, are modulated. The duty cycle is also referred to as duty cycle.
Die Halbbrücke
Bei der Verwendung von n-Kanal-IGBTs ist im Wesentlichen jedes Schaltelement in einem High-Zustand des jeweiligen Steuersignals GHSS und GLSS leitend und in einem Low-Zustand des jeweiligen Steuersignals GHSS und GLSS nicht leitet.When using n-channel IGBTs, substantially each switching element in a high state of the respective control signal G HSS and G LSS is conductive and in a low state of the respective control signal G HSS and G LSS not conducting.
Es können auch jeweils mehr als ein einziges High-Side-Schaltelement HSS bzw. Low-Side-Schaltelement LSS pro Halbbrücke
Im Folgenden wird der Ausgangsstrom IPH der Halbbrücke
In
In
Es muss unterschieden werden zwischen dem geforderten Tastgrad dcCTRL, der vom Stromregler
Unter einem Tastgrad dc wird das Verhältnis der Zeitdauer, in der das Gate-Potential GHSS ein hohes Potential hat (High-Zustand) und das High-Side-Schaltelement HSS leitet, zu der PWM-Periodendauer TPWM des ansteuernden PWM-Signals verstanden. Der Tastgrad bewegt sich zwischen 0 und 1. Im Fall des vom Regler
Im Fall des tatsächlich eingestellten Tastgrads dcPWM handelt es sich um die Zeitdauer tON,HSS, in der Steuereingang GHSS tatsächlich auf einem hohem Potential liegt und das High-Side-Schaltelement HSS leitet, d. h.In the case of the actually set duty cycle dc PWM is the time t ON, HSS , in the control input G HSS is actually at a high potential and the high-side switching element HSS conducts, ie
Hierbei ist im Fall des tatsächlich eingestellten Tastgrads dcPWM die Veränderung der Zeitdauer tON,HSS gegenüber der Zeitdauer tON,HSS* durch die Schutzzeit berücksichtigt.In this case, in the case of the actually set duty cycle dc PWM, the change in the time duration t ON, HSS in relation to the time duration t ON, HSS * is taken into account by the guard time.
Wie bereits vorstehend erwähnt, wird als Schutzzeit eine Zeitdauer definiert, während der sowohl das High-Side-Schaltelement HSS als auch das Low-Side-Schaltelement LSS nicht leiten.As already mentioned above, a time period during which both the high-side switching element HSS and the low-side switching element LSS do not conduct is defined as the guard time.
Bei einem konventionellen Brückentreiber
In dem obersten Diagramm in
In
Der vom Regler
Im Fall des minimalen Tastgrades ist demnach die tatsächliche Ist-Schalterstellung des High-Side-Schaltelements HSS maßgeblich; das ist jene Schalterstellung, die der Brückentreiber
Der minimale Tastgrad dcmin,CTRL, den der Stromregler
Die Phasenspannung UEM, die sich bei diesen Verhältnissen an der Klemme der elektrischen Maschine einstellt, ist von der Stromrichtung des Ausgangsstrom IPH der Halbbrücke
Im untersten Diagramm von
Bei minimalem Tastgrad und negativer Stromrichtung beträgt die gemittelte Spannung UEM,m an der Klemme der elektrischen Maschine bezogen auf die Zwischenkreisspannung UZK zwischen dem High-Side-Potential UZK/2 und dem Low-Side-Potential –UZK/2: With a minimum duty cycle and negative current direction, the averaged voltage U EM, m at the terminal of the electrical machine with respect to the intermediate circuit voltage U ZK between the high-side potential U ZK / 2 and the low-side potential -U ZK / 2:
In
Bei der Betrachtung des maximalen Tastgrads wird ebenfalls wieder unterschieden zwischen dem vom Regler
Der vom Regler
Der maximale Tastgrad dcmax,PWM, den der Brückentreiber
Der maximale Tastgrad dcmax,CTRL, den der Stromregler
Die Spannung, die sich bei diesen Verhältnissen an der Klemme der elektrischen Maschine einstellt, ist von der Stromrichtung abhängig.The voltage that occurs at these conditions at the terminal of the electrical machine depends on the current direction.
Im vorletzten Diagramm in
Im untersten Diagramm von
In der nachfolgenden Tabelle sind die vorstehenden Ergebnisse zusammengefasst.The following table summarizes the above results.
Zur Berechnung des linear nutzbaren relativen Spannungsbereichs ΔULINEAR,Relativ wird die Differenz zwischen dem kleinsten relativen Spannungswertder beiden relativen Spannungswertebei maximalem Tastgrad dcmax und dem größten relativen Spannungswert der beiden relativen Spannungswertebei minimalem Tastgrad dcmin gebildet: For calculating the linear usable relative voltage range ΔU LINEAR, Relative becomes the difference between the smallest relative voltage value the two relative voltage values at maximum duty cycle dc max and the largest relative voltage value the two relative voltage values formed at minimum duty cycle dc min :
Hieran wird deutlich, dass der lineare Aussteuerbereich ΔULINEAR,Relativ kleiner als 1 ist und je geringer ist, je größer die Schutzzeit tSchutz ist. Wenn beispielsweise die Schutzzeit tSchutz 1/10 der PWM-Periode TPWM beträgt, so wird der lineare Aussteuerbereich allein über die Schutzzeit um 40% reduziert.From this it becomes clear that the linear modulation range ΔU LINEAR is relatively smaller than 1 and the smaller the larger the guard time t protection is. For example, if the
Durch den eingeschränkten linearen Aussteuerbereich ΔULINEAR,Relativ des Umrichters kann die Bauleistung einer über den Umrichter angesteuerten elektrischen Maschine nicht vollständig oder nur mit verschlechtertem Wirkungsgrad genutzt werden. Wenn beispielsweise 100% der Zwischenkreisspannung als relative Ausgangsspannung zur Verfügung stehen, kann bei dem bauartbedingt begrenzten Phasenstrom eine definierte Ausgangsleistung zur Verfügung gestellt werden. Wenn sich die relative Ausgangsspannung um den oben beschriebenen Prozentsatz reduziert, reduziert sich die Ausgangsleistung in gleichem Maße.Due to the limited linear control range ΔU LINEAR, relative to the inverter, the construction output of an electrical machine controlled by the inverter can not be used completely or only with reduced efficiency. If, for example, 100% of the DC link voltage is available as a relative output voltage, a defined output power can be made available in the case of the design-limited phase current. When the relative output voltage decreases by the percentage described above, the output power is reduced to the same extent.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine entsprechende Steuereinrichtung zum Steuern der Schaltelemente einer Halbbrücke in einem Umrichter anzugeben, welches bzw. welche eine Erhöhung des linearen Aussteuerbereichs erlaubt.It is an object of the invention to provide a method and a corresponding control device for controlling the switching elements of a half-bridge in a converter, which or which allows an increase of the linear modulation range.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments are described in the dependent claims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines High-Side-Schaltelements und eines Low-Side-Schaltelements mindestens einer im Wesentlichen im Gegentakt angesteuerten Halbbrücke in einem Umrichter, insbesondere in einem Wechselrichter zur Stromversorgung eines ein Fahrzeug antreibenden Elektromotors.A first aspect of the invention relates to a method for controlling a high-side switching element and a low-side switching element of at least one half-bridge in differential mode in a converter, in particular in an inverter for powering an electric motor driving a vehicle.
Bei einem konventionellen Brückentreiber wird beispielsweise jeweils die Hälfte der Schutzzeit unabhängig von der Stromrichtung dem Ansteuersignal des High-Side-Schaltelements und dem Ansteuersignal des Low-Side-Schaltelements zugeordnet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt im Unterschied zum vorstehend beschriebenen konventionellen Verfahren die Zuordnung der Schutzzeit auf die Ansteuersignale der beiden Schaltelemente in Abhängigkeit der Stromrichtung.In a conventional bridge driver, for example, each half of the guard time is assigned to the drive signal of the high-side switching element and the drive signal of the low-side switching element, regardless of the current direction. In the method according to the invention, in contrast to the conventional method described above, the assignment of the guard time to the control signals of the two switching elements as a function of the current direction.
Hierzu wird eine Stromrichtungsangabe für die Richtung des Halbbrücken-Ausgangsstromes der mindestens einen Halbbrücke bestimmt. Die Stromrichtungsangabe kann beispielsweise einem Stromwert des Ausgangsstroms der Halbbrücke entsprechen, der je nach Stromrichtung entweder positiv oder negativ ist. Die Stromrichtungsangabe kann beispielsweise alternativ einem Wahrscheinlichkeitswert für einen positiven (oder alternativ negativen) Ausgangsstrom der Halbbrücke entsprechen. Die Stromrichtungsangabe kann eine Angabe über eine aktuelle Richtung des Ausgangsstroms oder alternativ einen Angabe über eine prognostizierte zukünftige Richtung des Ausgangsstromes sein.For this purpose, a current direction specification for the direction of the half-bridge output current of the at least one half-bridge is determined. The current direction indication may, for example, correspond to a current value of the output current of the half-bridge, which is either positive or negative depending on the current direction. For example, the current direction indication may alternatively correspond to a probability value for a positive (or alternatively negative) output current of the half-bridge. The current direction indication may be an indication of a current direction of the output current or, alternatively, an indication of a predicted future direction of the output current.
Bei dem Verfahren werden ein pulsweitenmoduliertes erstes Steuersignal zum Steuern des High-Side-Schaltelements und ein pulsweitenmoduliertes zweites Steuersignals zum Steuern des Low-Side-Schaltelements in Abhängigkeit einer Tastgrad-Vorgabe und der Stromrichtungsangabe erzeugt. Bei der Tastgrad-Vorgabe handelt es sich beispielsweise um das Signal dcCTRL in
Bei dem Verfahren wird angenommen, dass im Wesentlichen jedes Schaltelement in einem High-Zustand des jeweiligen Steuersignals leitet und in einem Low-Zustand des jeweiligen Steuersignals nicht leitet. Vorzugsweise handelt es sich bei den Schaltelementen um IGBTs, insbesondere selbstsperrende n-Kanal-IGBTs. Es können aber auch andere Transistortypen verwendet werden, beispielsweise MOS-FETs.In the method, it is assumed that substantially each switching element conducts in a high state of the respective control signal and does not conduct in a low state of the respective control signal. The switching elements are preferably IGBTs, in particular self-blocking n-channel IGBTs. However, other types of transistors can also be used, for example MOS-FETs.
Im Unterschied zu der beschriebenen stromrichtungsunabhängigen Zuordnung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Schutzzeit, während der sowohl das erste Steuersignal als auch das zweite Steuersignal im Low-Zustand sind, in Abhängigkeit der Stromrichtungsangabe dem ersten Steuersignal des High-Side-Schalters oder dem zweiten Steuersignal des Low-Side-Schalters vollständig zugeordnet. In contrast to the current direction-independent assignment described in the inventive method in a first variant of the method according to the invention, a guard time during which both the first control signal and the second control signal in the low state, depending on the current direction specification of the first control signal of the high side Completely assigned to the second control signal of the low-side switch.
Bei einer hierzu alternativen zweiten Variante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass ein von der Stromrichtungsangabe abhängiger erster Bruchteil der Schutzzeit dem ersten Steuersignal des High-Side-Schalters und der verbleibende zweite Bruchteil der Schutzzeit dem zweiten Steuersignal des Low-Side-Schalters zugeordnet wird.In an alternative second variant of the method, it can be provided that a first fraction of the guard time dependent on the current direction specification is assigned to the first control signal of the high-side switch and the remaining second fraction of the guard time to the second control signal of the low-side switch.
Die Zuordnung der Schutzzeit bzw. des Bruchteils der Schutzzeit zum jeweiligen Steuersignals bedeutet, dass die Zeitdauer des High-Zustands des jeweiligen Steuersignals gegenüber der der Tastgrad-Vorgabe entsprechenden Zeitdauer des High-Zustands um das Doppelte der zugeordneten Schutzzeit bzw. des zugeordneten Bruchteils der Schutzzeit verkürzt ist. Die Zeitdauer wird vorzugsweise aber nur soweit reduziert, wie dies die minimale Pulsdauer tPmin zulässt. Falls die resultierende Zeitdauer die minimale Pulsdauer tPmin unterschreiten würde, wird vorzugsweise kein Impuls ausgelöst.The assignment of the guard time or the fraction of the guard time to the respective control signal means that the duration of the high state of the respective control signal compared to the duration of the high state corresponding to the duty cycle specification by twice the associated guard time or the associated fraction of the guard time is shortened. However, the time duration is preferably only reduced to the extent that the minimum pulse duration t Pmin permits. If the resulting time duration would fall below the minimum pulse duration t Pmin , preferably no pulse is triggered.
Bei der ersten Variante des Verfahren, bei der entweder dem ersten oder dem zweiten Steuersignal die Schutzzeit vollständig zugeordnet ist, ist also in Abhängigkeit der Stromrichtungsangabe entweder die Zeitdauer des High-Zustands des ersten Steuersignals oder die Zeitdauer des High-Zustands des zweiten Steuersignals gegenüber der der Tastgrad-Vorgabe entsprechenden Zeitdauer des High-Zustands im Wesentlichen um das Doppelte einer Schutzzeit verkürzt.In the first variant of the method, in which either the first or the second control signal, the guard time is completely assigned, so depending on the current direction specification either the duration of the high state of the first control signal or the duration of the high state of the second control signal over the the duty cycle specification corresponding time duration of the high state substantially shortened by twice a guard time.
Bei der zweiten Variante des Verfahren, bei der den Steuersignalen zwei von der Stromrichtungsangabe abhängige Bruchteile der Schutzzeit zugeordnet werden, ist also die Zeitdauer des High-Zustands des ersten Steuersignals gegenüber der der Tastgrad-Vorgabe entsprechenden Zeitdauer des High-Zustands um das Doppelte eines von der Stromrichtungsangabe abhängigen Bruchteils einer Schutzzeit verkürzt, während die Zeitdauer des High-Zustands des zweiten Steuersignals gegenüber der der Tastgrad-Vorgabe entsprechenden Zeitdauer des High-Zustands um das Doppelte des verbleibenden zweiten Bruchteils der Schutzzeit verkürzt ist.In the second variant of the method, in which the control signals are assigned two fractions of the guard time dependent on the current direction specification, the duration of the high state of the first control signal is twice the one of the high state of the high state in accordance with the duty cycle specification shortening the current direction dependent fraction of a guard time, while the duration of the high state of the second control signal over the duration of the duty cycle corresponding to the duty cycle of the high state is shortened by twice the remaining second fraction of the guard time.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass das Low-Side-Schaltelement bei positiver Stromrichtung nicht stromführend ist (s.
Umgekehrt ist bei negativer Stromrichtung das High-Side-Schaltelement nicht stromführend. Die gesamte Schutzzeit oder zumindest der größere Teil der Schutzzeit kann demnach dem High-Side-Schaltelement zugeordnet werden.Conversely, in the negative current direction, the high-side switching element is not energized. The entire guard time or at least the greater part of the guard time can therefore be assigned to the high-side switching element.
Wie im Folgenden gezeigt werden wird, kann durch die stromrichtungsabhängige Zuordnung der Schutzzeit auf die beiden Steuersignale eine Vergrößerung des maximalen Tastgrads, eine Verringerung des minimalen Tastgrads und damit eine Vergrößerung des linearen Aussteuerbereiches des Umrichters erzielt werden. Dies führt zur Verbesserung des Wirkungsgrads des Umrichters und einer durch den Umrichter angesteuerten elektrischen Maschine. Außerdem kann die maximale Ausgangsleistung eines elektrischen Antriebssystems gesteigert werden.As will be shown below, increasing the maximum duty cycle, decreasing the minimum duty cycle and thus increasing the linear drive range of the converter can be achieved by the current direction-dependent assignment of the guard time to the two control signals. This leads to the improvement of the efficiency of the converter and an electrical machine controlled by the converter. In addition, the maximum output power of an electric drive system can be increased.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist für den Fall, dass der Halbbrücken-Ausgangsstrom positiv ist, die Schutzzeit dem zweiten Steuersignal des Low-Side-Schalters vollständig zugeordnet. Für den Fall, dass der Halbbrücken-Ausgangsstrom negativ ist, ist die Schutzzeit dem ersten Steuersignal des High-Side-Schalters vollständig zugeordnet.According to a preferred embodiment of the first variant of the method according to the invention, in the case where the half-bridge output current is positive, the guard time is completely assigned to the second control signal of the low-side switch. In the event that the half-bridge output current is negative, the guard time is fully associated with the first control signal of the high-side switch.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist für den Fall, dass der Halbbrücken-Ausgangsstrom positiv ist, der zweite Bruchteil, welcher dem zweiten Steuersignal des Low-Side-Schalters zugeordnet ist, größer als der erste Bruchteil, welcher dem ersten Steuersignal des High-Side-Schalters zugeordnet ist. Für den Fall, dass der Halbbrücken-Ausgangsstrom negativ ist, ist der erste Bruchteil, welcher dem ersten Steuersignal des High-Side-Schalters zugeordnet ist, größer als der zweite Bruchteil, welcher dem zweiten Steuersignal des Low-Side-Schalters zugeordnet ist.According to a preferred embodiment of the second variant of the inventive method is for the case that the half-bridge output current is positive, the second fraction, which is associated with the second control signal of the low-side switch, greater than the first fraction, which the first control signal assigned to the high-side switch. In the event that the half-bridge output current negative is, the first fraction, which is assigned to the first control signal of the high-side switch, greater than the second fraction, which is associated with the second control signal of the low-side switch.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Stromrichtungsangabe um einen Wahrscheinlichkeitswert für einen positiven (oder negativen Ausgangsstrom), der beispielsweise in Abhängigkeit eines wahrscheinlichen Stromwerts bestimmt wird, oder um den wahrscheinlichen Stromwert selbst.The current direction indication is preferably a probability value for a positive (or negative output current), which is determined, for example, as a function of a probable current value, or the probable current value itself.
Bei Verwendung eines Wahrscheinlichkeitswerts liegt dieser beispielsweise im Wertebereich zwischen 0 und 1. Der Wahrscheinlichkeitswert gibt beispielsweise die Wahrscheinlichkeit an, dass der Halbbrücken-Ausgangsstrom positiv ist. In diesem Fall entspricht beispielsweise der erste Bruchteil (bezogen auf die Schutzzeit) Eins vermindert um den Wahrscheinlichkeitswert, wobei dann der zweite Bruchteil (bezogen auf die Schutzzeit) dem Wahrscheinlichkeitswert selbst entspricht. Für den Fall, dass der Wahrscheinlichkeitswert die Wahrscheinlichkeit angibt, dass der Halbbrücken-Ausgangsstrom negativ ist, entspricht beispielsweise der zweite Bruchteil (bezogen auf die Schutzzeit) Eins vermindert um den Wahrscheinlichkeitswert, während der erste Bruchteil (bezogen auf die Schutzzeit) dem Wahrscheinlichkeitswert selbst entspricht.For example, when using a probability value, it is in the value range between 0 and 1. The probability value indicates, for example, the probability that the half-bridge output current is positive. In this case, for example, the first fraction (related to the guard time) corresponds to one less by the probability value, and then the second fraction (in terms of the guard time) corresponds to the probability value itself. For example, in the case that the probability value indicates the probability that the half-bridge output current is negative, the second fraction (related to the guard time) corresponds to one less by the probability value, while the first fraction (based on the guard time) corresponds to the probability value itself ,
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist auf eine Ansteuereinrichtung zur Ansteuerung der Schaltelemente mindestens einer Halbbrücke gerichtet. Die Ansteuereinrichtung ist eingerichtet, eine Stromrichtungsangabe für die Richtung des Halbbrücken-Ausgangsstromes der mindestens einen Halbbrücke zu bestimmen. Ferner ist die Ansteuereinrichtung eingerichtet, ein pulsweitenmoduliertes erstes Steuersignal zum Steuern des High-Side-Schaltelements und ein pulsweitenmoduliertes zweites Steuersignal zum Steuern des Low-Side-Schaltelements in Abhängigkeit einer Tastgrad-Vorgabe und der Stromrichtungsangabe zu erzeugen.A second aspect of the invention is directed to a drive device for driving the switching elements of at least one half-bridge. The drive device is set up to determine a current direction specification for the direction of the half-bridge output current of the at least one half-bridge. Furthermore, the drive device is set up to generate a pulse-width-modulated first control signal for controlling the high-side switching element and a pulse-width-modulated second control signal for controlling the low-side switching element as a function of a duty cycle specification and the current direction specification.
Bei einer ersten Variante der Ansteuereinrichtung ist eine Schutzzeit dem ersten Steuersignal des High-Side-Schalters oder dem zweiten Steuersignal des Low-Side-Schalters in Abhängigkeit der Stromrichtungsangabe vollständig zugeordnet. Bei einer zweiten Variante ist ein von der Stromrichtungsangabe abhängiger erster Bruchteil der Schutzzeit dem ersten Steuersignal des High-Side-Schalters und der verbleibende zweite Bruchteil der Schutzzeit dem zweiten Steuersignal des Low-Side-Schalters zugeordnet.In a first variant of the drive device, a guard time is completely assigned to the first control signal of the high-side switch or the second control signal of the low-side switch as a function of the current direction indication. In a second variant, a first fraction of the guard time depending on the current direction is assigned to the first control signal of the high-side switch and the remaining second fraction of the guard time to the second control signal of the low-side switch.
Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung; vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen den beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.The above statements on the method according to the invention according to the first aspect of the invention also apply correspondingly to the device according to the invention according to the second aspect of the invention; advantageous embodiments of the device according to the invention correspond to the described advantageous embodiments of the method according to the invention.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben. In diesen zeigen:The invention will be described below with reference to the accompanying drawings with reference to several embodiments. In these show:
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird in Abhängigkeit einer Stromrichtungsangabe eine Schutzzeit dem ersten Steuersignal GHSS des High-Side-Schaltelements HSS oder dem zweiten Steuersignal GLSS des Low-Side-Schaltelements LSS vollständig zugeordnet.In the first embodiment, depending on a current direction specification, a guard time is completely allocated to the first control signal G HSS of the high-side switching element HSS or the second control signal G LSS of the low-side switching element LSS.
Hierbei wird ausgenutzt, dass das Low-Side-Schaltelement LSS bei positiver Stromrichtung des Stroms IPH nicht stromführend ist (s.
Im Folgenden werden vier verschiedene Fälle dargestellt. Hierbei ist der Strom IPH positiv oder negativ, wobei entweder der minimale oder der maximale Tastgrad gestellt werden:
In
Bei maximalem Tastgrad dcCTRL = dcCTRL,max ist die Ein-Zeitdauer tON,HSS* des dcctrl,max entsprechenden Steuersignals GHSS* maximal und die Ein-Zeitdauer tON,LSS* des dcctrl,max entsprechenden Steuersignals GLSS* minimal (s. erstes und zweites Diagramm). Die Ein-Zeitdauer tON,LSS* des Steuersignals GLSS* entspricht der minimalen Pulsbreite tPmin und die Ein-Zeitdauer tON,HSS* des Steuersignals GHSS* entspricht TPWM – TPmin. Die Ein-Zeitdauer tON,HSS* des Steuersignals GHSS* darf nicht weiter erhöht werden, da sonst die Zeitdauer tOFF,HSS* des Aus-Pulses die minimale Pulsdauer tPmin unterschreiten würde. Die Stromrichtung wird gemäß dem Verfahren detektiert und bei positiver Stromrichtung die Schutzzeit dem Steuersignal GLSS des Low-Side-Schaltelements LSS vollständig zugeordnet. Dementsprechend ist die Ein-Zeitdauer tON,LSS (s. viertes Diagramm) des Steuersignals GLSS des Low-Side-Schaltelements LSS gegenüber der der Tastgrad-Vorgabe dcCTRL entsprechenden Ein-Zeitdauer tON,LSS* (s. zweites Diagramm) um das Doppelte der zugeordneten Schutzzeit tSchutz verkürzt (umgekehrt ist die Off-Zeitdauer des Steuersignals GLSS gegenüber der Vorgabe um das Doppelte der Schutzzeit tSchutz verlängert).At maximum duty cycle dc CTRL = dc CTRL, max the on-time t ON, HSS * of the dc ctrl, max corresponding control signal G HSS * maximum and the on-time t ON, LSS * of the dc ctrl, max corresponding control signal G LSS * minimal (see first and second diagram). The on-time t ON, LSS * of the control signal G LSS * corresponds to the minimum pulse width t Pmin and the on-time t ON, HSS * of the control signal G HSS * corresponds to T PWM - T Pmin . The on-time duration t ON, HSS * of the control signal G HSS * must not be increased further, since otherwise the time duration t OFF, HSS * of the OFF pulse would fall below the minimum pulse duration t Pmin . The current direction is detected in accordance with the method and, in the case of a positive current direction, the guard time is completely allocated to the control signal G LSS of the low-side switching element LSS. Accordingly, the on-time duration t ON, LSS (see fourth diagram) of the control signal G LSS of the low-side switching element LSS is opposite to the on-time duration t ON, LSS * corresponding to the duty cycle specification dc CTRL (see second diagram). shortened by twice the associated protection time t protection (conversely, the off-time duration of the control signal G LSS compared to the specification by twice the protection time t protection extended).
Da die Zeitdauer tON,LSS geringer als die minimale Pulsbreite tPmin ist und das Low-Side-Schaltelement LSS ohnehin nicht stromführend ist, kann bei Unterschreiten der minimalen Pulsbreite der Ein-Puls auch unterdrückt werden, ohne dass die Ausgangsspannung UEM sich ändert.Since the time duration t ON, LSS is less than the minimum pulse width t Pmin and the low-side switching element LSS is not energized anyway , the ON pulse can also be suppressed when the minimum pulse width is undershot, without the output voltage U EM changing ,
Durch die Zuordnung der Schutzzeit tSchutz zu dem Steuersignal GLSS des nicht stromführenden Schaltelements LSS entsprechen in
In
Durch die Zuordnung der Schutzzeit tSchutz zu dem Steuersignal GHSS des nicht stromführenden Schaltelements HSS entsprechen in
In
Durch die Zuordnung der Schutzzeit tSchutz zu dem Steuersignal GLSS des nicht stromführenden Schaltelements LSS entsprechen in
In
Da die Zeitdauer tON,HSS geringer als die minimale Pulsbreite tPmin ist und das High-Side-Schaltelement HSS ohnehin nicht stromführend ist, kann bei Unterschreiten der minimalen Pulsbreite tPmin der Ein-Puls des Steuersignals GHSS auch unterdrückt werden, ohne dass die Ausgangsspannung UEM sich ändert.Since the time duration t ON, HSS is less than the minimum pulse width t Pmin and the high-side switching element HSS is not energized anyway, falls below the minimum pulse width t Pmin the on-pulse of the control signal G HSS can also be suppressed without the output voltage U EM changes.
Durch die Zuordnung der Schutzzeit tSchutz zu dem Steuersignal GHSS des nicht stromführenden Schaltelements HSS entsprechen in
Aus den vorstehend beschriebenen vier Fällen I–IV lassen sich folgende Erkenntnisse ableiten:
- 1. In zwei Fällen (Fall I und Fall IV) würde durch die Zuordnung der Schutzzeit tSchutz zu dem Steuersignale des jeweils nicht stromführenden Schaltelements eine Verletzung der minimalen Pulszeit tPmin auftreten. Da diese Verletzung das nicht stromführende Schaltelement beträfe, kann bei Unterschreiten der minimalen Pulszeit tPmin der Puls komplett unterdrückt werden, ohne dass es zu einer Verfälschung der Phasenspannung UEM gegenüber der Vorgabe dcCTRL des
Reglers 2 kommt. Generell kann für den Fall, dass der Halbbrücken-Ausgangsstrom IPH positiv ist, ein Ein-Impuls in dem Steuersignal GLSS unterdrückt werden, wenn die Pulsbreite des Ein-Impuls eine bestimmte Pulsbreite, beispielsweise die minimale Pulsbreite tPmin oder die Hälfte der minimalen Pulsbreite tPmin, unterschreitet. Für den Fall, dass der Halbbrücken-Ausgangsstrom IPH negativ ist, kann ein Ein-Impuls des Steuersignals GHSS unterdrückt wird, wenn die Pulsbreite des Ein-Impuls eine bestimmte Pulsbreite, beispielsweise die minimale Pulsbreite tpmin oder die Hälfte der minimalen Pulsbreite tPmin, unterschreitet. - 2. Durch die Zuordnung der Schutzzeit tSchutz zu dem Steuersignal des jeweils nicht stromführenden Schaltelements ergibt sich bei maximalem Tastgrad (s.
7 und8 ) unabhängig von der Schutzzeit das folgenden Potential an der elektrischen Maschine bezogen auf die Spannung UZK: - 3. Durch die Zuordnung der Schutzzeit tSchutz zu dem Steuersignal des jeweils nicht stromführenden Schaltelements ergibt sich bei minimalem Tastgrad (s.
9 und10 ) unabhängig von der Schutzzeit das folgenden Potential an der elektrischen Maschine bezogen auf die Spannung UZK:
- 1. In two cases (case I and case IV) would occur by the assignment of the guard time t protection to the control signals of each non-energized switching element violation of the minimum pulse time t Pmin . Since this violation would affect the non-current-carrying switching element, the pulse can be completely suppressed when the minimum pulse time t Pmin is undershot , without the phase voltage U EM being falsified with respect to the specification dc CTRL of the
regulator 2 comes. In general, in the case where the half-bridge output current I PH is positive, an on-pulse in the control signal G LSS can be suppressed when the pulse width of the on-pulse is a certain pulse width, for example, the minimum pulse width t Pmin or half of the minimum Pulse width t Pmin , falls below. In the event that the half-bridge output current I PH is negative, an on-pulse of the control signal G HSS can be suppressed if the pulse width of the on-pulse has a certain pulse width, for example the minimum pulse width t pmin or half of the minimum pulse width t Pmin , falls below. - 2. The assignment of the guard time t protection to the control signal of the respective non-current-carrying switching element results in maximum duty cycle (s.
7 and8th ) regardless of the protection time the following potential on the electrical machine with respect to the voltage U ZK : - 3. The assignment of the guard time t protection to the control signal of each non-energized switching element results at a minimum duty cycle (s.
9 and10 ) regardless of the protection time the following potential on the electrical machine with respect to the voltage U ZK :
In der nachfolgenden Tabelle ist das relative Potential UEM bezogen auf die Spannung UZK für zwei unterschiedliche Zuordnungen der Schutzzeit gegenüber gestellt, nämlich einerseits für die konventionelle stromrichtungsunabhängige Zuordnung der Hälfte der Schutzzeit tSchutz zu dem Steuersignal des High-Side-Schaltelements (so wie in der Beschreibungseinleitung beschrieben), und andererseits für die vorstehend beschriebene stromrichtungsabhängige Zuordnung der Schutzzeit tSchutz zu dem Steuersignal des nicht stromführenden Schaltelements.In the following table, the relative potential U EM is compared with respect to the voltage U ZK for two different assignments of protection time, namely on the one hand for the conventional current direction independent assignment of half the guard time t protection to the control signal of the high-side switching element (as described in the introduction to the description), and on the other hand for the above-described current direction-dependent assignment of the guard time t protection to the control signal of the non-energized switching element.
Aus der Differenz zwischen dem jeweils vorstehend angegebenen relativen Potential bei maximalen Tastgrad und dem jeweils vorstehend angegebenen relativen Potential bei minimalem Tastgrad ergibt sich der linearen Aussteuerbereich ΔULINEAR,Relativ des Umrichters, wie dies in der nachfolgenden Tabelle für die konventionelle stromrichtungsunabhängige Zuordnung der Schutzzeit tSchutz und für die erfindungsgemäße stromrichtungsabhängige Zuordnung der Schutzzeit tSchutz angegeben ist.From the difference between the respective above-indicated relative potential at the maximum duty cycle and the respective above-indicated relative potential at a minimum duty cycle results in the linear modulation range .DELTA.U LINEAR, Relative of the inverter, as shown in the table below for the conventional current direction independent assignment of the guard time t protection and protection is indicated for the current direction-dependent assignment of the guard time t according to the invention.
Wie aus der vorstehenden Tabelle ersichtlich ist, steigt durch die stromrichtungsabhängige Zuordnung der Schutzzeit tSchutz zu dem Steuersignal des jeweils nicht stromführenden Schaltelements der lineare Aussteuerbereich ΔULINEAR,Relativ des Umrichters um 4·tSchutz/TPWM.As can be seen from the above table, the current-direction-dependent assignment of the guard time t protection to the control signal of the respective non-current-carrying switching element increases the linear modulation range ΔU LINEAR, relative to the inverter by 4 t protection / T PWM .
Die vorstehend beschriebene stromrichtungsabhängige Zuordnung der Schutzzeit tSchutz zu dem Steuersignal des nicht stromführenden Schaltelements sollte dann eingesetzt werden, wenn die Stromrichtung eindeutig feststellbar ist.The above-described current direction-dependent assignment of the protection time t protection to the control signal of the non-current-carrying switching element should then be used if the current direction can be clearly determined.
Ist die Amplitude des Stroms IPH gering, lässt sich aufgrund eines Stromrauschens oder eines Offsets die Richtung des Stromes IPH häufig nicht zuverlässig bestimmen. Außerdem sollte die ermittelte Stromrichtung vorzugsweise an dem zukünftigen Zeitpunkt gültig sein, an dem die Steuersignale, die wiederum auf der ermittelten Stromrichtung basieren, wirksam werden und die Schaltelemente der Halbbrücke entsprechend ansteuern.If the amplitude of the current I PH is low, the direction of the current I PH can often not be reliably determined due to a current noise or an offset. In addition, the determined current direction should preferably be valid at the future point in time at which the control signals, which in turn are based on the determined current direction, become effective and actuate the switching elements of the half-bridge accordingly.
Wenn das Stromvorzeichen nicht zuverlässig bestimmt werden kann, sollte vorzugsweise auch keine ausschließliche Zuordnung der Schutzzeit tSchutz zu einem der beiden Schaltelemente erfolgen, da das stromführende Schaltelement nicht eindeutig identifiziert werden kann. Stattdessen wird ein Bruchteil der Schutzzeit tSchutz dem Steuersignal GHSS des High-Side-Schalters HSS und der verbleibende Bruchteil der Schutzzeit tSchutz dem Steuersignal GLSS des Low-Side-Schalters LSS zugeordnet. Die Bruchteile hängen dabei von einer Wahrscheinlichkeit pSZ ab, dass der Strom IPH positiv ist (oder alternativ negativ ist).If the current sign can not be determined reliably, preferably no exclusive assignment of the guard time t protection to one of the two switching elements should be made, since the current-carrying switching element can not be clearly identified. Instead, a fraction of the guard time t protection is assigned to the control signal G HSS of the high-side switch HSS and the remaining fraction of the protection time t protection to the control signal G LSS of the low-side switch LSS. The fractions depend on a probability p SZ that the current I PH is positive (or alternatively negative).
Bei der Wahrscheinlichkeit pSZ handelt es sich beispielsweise um einen Faktor zwischen 0 und 1, d. h.
Im Folgenden wird angenommen, dass der Wert pSZ angibt, mit welcher Wahrscheinlichkeit der Strom IPH positiv ist (und entweder durch das High-Side-Schaltelement HSS oder die untere Diode LSD fließt). Dieser Wert pSZ wird beispielsweise pro Halbbrücke
tSchutz,U,HSS = (1 – PSZ,U)·tSchutz (Zuordnung des Bruchteils der Schutzzeit tSchutz auf das Steuersignal GHSS des High-Side-Schaltelements HSS der Halbbrücke U in Abhängigkeit des Wertes pSZ,U)
tSchutz,U,LSS = pSZ,U·tSchutz (Zuordnung des Bruchteils der Schutzzeit tSchutz auf das Steuersignal GLSS des Low-Side-Schaltelements LSS der Halbbrücke U in Abhängigkeit des Wertes pSZ,U)
tSchutz,V,HSS = (1 – pSZ,U)·tSchutz (Zuordnung des Bruchteils der Schutzzeit tSchutz auf das Steuersignal GHSS des High-Side-Schaltelements HSS der Halbbrücke V in Abhängigkeit des Wertes pSZ,V)
tSchutz,V,LSS = PSZ,V·tSchutz (Zuordnung des Bruchteils der Schutzzeit tSchutz auf das Steuersignal GLSS des Low-Side-Schaltelements LSS der Halbbrücke V in Abhängigkeit des Wertes pSZ,V)
tSchutz,W,HSS = (1 – pSZ,W)·tSchutz (Zuordnung des Bruchteils der Schutzzeit tSchutz auf das Steuersignal GHSS des High-Side-Schaltelements HSS der Halbbrücke W in Abhängigkeit des Wertes pSZ,W)
tSchutz,W,LSS = pSZ,W·tSchutz (Zuordnung des Bruchteils der Schutzzeit tSchutz auf das Steuersignal GLSS des Low-Side-Schaltelements LSS der Halbbrücke W in Abhängigkeit des Wertes pSZ,W).In the following it is assumed that the value p SZ indicates the probability with which the current I PH is positive (and flows either through the high-side switching element HSS or the lower diode LSD). This value p SZ , for example, per half-
t protection, U, HSS = (1-P SZ, U ) t protection (assignment of the fraction of the guard time t protection to the control signal G HSS of the high-side switching element HSS of the half-bridge U as a function of the value p SZ, U )
t protection, U, LSS = p SZ, U · t protection (assignment of the fraction of the guard time t protection to the control signal G LSS of the low-side switching element LSS of the half-bridge U as a function of the value p SZ, U )
t protection, V, HSS = (1 -p SZ, U ) t protection (assignment of the fraction of the guard time t protection to the control signal G HSS of the high-side switching element HSS of the half-bridge V as a function of the value p SZ, V )
t protection, V, LSS = P SZ, V · t protection (assignment of the fraction of the guard time t protection to the control signal G LSS of the low-side switching element LSS of the half-bridge V as a function of the value p SZ, V )
t protection, W, HSS = (1-p SZ, W ) t protection (assignment of the fraction of the guard time t protection to the control signal G HSS of the high-side switching element HSS of the half-bridge W as a function of the value p SZ, W )
t Protection, W, LSS = p SZ, W · t Protection (assignment of the fraction of the guard time t Protection to the control signal G LSS of the low-side switching element LSS of the half-bridge W as a function of the value p SZ, W ).
Der Brückentreiber
Im Fall von pSZ,U, pSZ,V oder pSZ,W gleich 0,5 wird für die jeweilige Halbbrücke die Schutzzeit tSchutz zu gleichen Teilen dem Steuersignal GHSS des High-Side-Schaltelements HSS und dem Steuersignal GLSS des Low-Side-Schaltelements LSS zugeordnet. Dies entspricht dann der konventionellen Zuordnung, welche in der Beschreibungseinleitung diskutiert wird.In the case of p SZ, U , p SZ, V or p SZ, W is 0.5 for the respective half-bridge, the protection time t protection in equal parts the control signal G HSS of the high-side switching element HSS and the control signal G LSS of Low-side switching element associated with LSS. This then corresponds to the conventional assignment, which is discussed in the introduction to the description.
Im Fall von pSZ,U, pSZ,V oder pSZ,W gleich 1, d. h. der Strom IPH der jeweiligen Phase U, V bzw. W ist sicher positiv, wird für die jeweilige Halbbrücke die Schutzzeit tSchutz vollständig dem Steuersignal GLSS des Low-Side-Schaltelements LSS zugeordnet, wie dies im Zusammenhang mit
Im Fall von pSZ,U, pSZ,V oder pSZ,W gleich 0, d. h. der Strom IPH der jeweiligen Phase U, V bzw. W ist sicher negativ, wird für die jeweilige Halbbrücke die Schutzzeit tSchutz vollständig dem Steuersignal GHSS des High-Side-Schaltelements HSS zugeordnet, wie dies im Zusammenhang mit
Zur Bestimmung der Wahrscheinlichkeiten pSZ,U, pSZ,V oder pSZ,W werden vorzugsweise keine zusätzlichen Sensoren oder elektronischen Schaltungen verwendet. Stattdessen werden mit der ohnehin vorhandenen Information durch ein geeignetes Verfahren die Wahrscheinlichkeiten pSZ,U, pSZ,V und pSZ,W bestimmt. Die Wahrscheinlichkeitswerte pSZ,U, pSZ,V oder pSZ,W betreffen dabei vorzugsweise den Ausgangsstrom der jeweiligen Halbbrücke zu einem zukünftigen Zeitpunkt, an dem die auf der gleichen Wahrscheinlichkeitswert beruhende Zuordnung der Schutzzeit wirksam ist, d. h. an dem die Steuersignale, die wiederum auf dem ermittelten Wahrscheinlichkeitswert basieren, wirksam werden und die Schaltelemente der jeweiligen Halbbrücke entsprechend ansteuern. Es wird also vorzugsweise eine Stromrichtungsangabe für einen zukünftigen Zeitpunkt vorausgesagt.For determining the probabilities p SZ, U , p SZ, V or p SZ, W preferably no additional sensors or electronic circuits are used. Instead, the probabilities p SZ, U , p SZ, V and p SZ, W are determined with the already existing information by a suitable method. The probability values p SZ, U , p SZ, V or p SZ, W preferably relate to the output current of the respective half-bridge at a future time at which the assignment of the protection time based on the same probability value is effective, ie at which the control signals in turn based on the determined probability value, become effective and control the switching elements of the respective half-bridge accordingly. Thus, it is preferable to predict a current direction for a future time.
Die Wahrscheinlichkeitswerte pSZ,U, pSZ,V und pSZ,W werden in Abhängigkeit wahrscheinlicher Ausgangsströme der jeweiligen Halbbrücken bestimmt. Bei den wahrscheinlichen Ausgangsströmen der Halbbrücken handelt es sich um Stromwerte, der vorzugsweise in Abhängigkeit von Sollgrößen der Stromregelung bestimmt werden, und die vorzugsweise für einen zukünftigen Zeitpunkt vorausgesagt werden.The probability values p SZ, U , p SZ, V and p SZ, W are determined as a function of probable output currents of the respective half-bridges. The probable output currents of the half-bridges are current values, which are preferably determined as a function of nominal values of the current regulation, and which are preferably predicted for a future point in time.
Die Bestimmung der wahrscheinlichen Ausgangsströme der Halbbrücken kann beispielsweise in Abhängigkeit der Stromsollwerte iq,soll und id,soll in Feldkoordinaten erfolgen. Hierbei beschreibt der Stromsollwert iq,soll den momentbildenden Sollstrom und der Stromsollwert id,soll beschreibt den feldbildenden Strom. Die Ströme in Feldkoordinaten ergeben sich durch geometrische Addition der Ströme der verschiedenen Phasen. Das Koordinatensystem von id,soll und iq,soll dreht sich mit der elektrischen Kreisfrequenz ωel, mit der sich auch der Rotor der elektrischen Maschine dreht, so dass id,soll und iq,soll im stationären Fall konstant sind.The determination of the probable output currents of the half bridges can, for example , be carried out in field coordinates as a function of the current desired values i q, soll and i d . In this case, the current setpoint i q, is intended to describe the torque-forming setpoint current and the current setpoint i d, soll describes the field-forming current. The currents in field coordinates result from geometric addition of the currents of the different phases. The coordinate system of i d, soll and i q, should rotate with the electrical angular frequency ω el , with which rotates the rotor of the electric machine, so that i d, soll and i q, should be constant in the stationary case.
In Abhängigkeit der momentanen Stromsollwerte iq,soll und id,soll in Feldkoordinaten, der aktuellen Lage in Feldkoordinaten Φel, der aktuellen elektrische Kreisfrequenz ωel und optional der Zeitdauer tdelay bis zu dem zukünftigen Zeitpunkt, für den die Prognose gelten soll, können Stromsollwerte iα,soll und iβ,soll bestimmt werden, deren Koordinatensystem im Gegensatz zu id,soll und iq,soll nicht mit der elektrischen Kreisfrequenz ωel dreht, sondern still steht (somit sind diese Größen im stationären Fall sinusförmig): Depending on the instantaneous current setpoint values i q, soll and i d, in field coordinates, the current position in field coordinates φ el , the current electrical angular frequency ω el and optionally the time duration t delay up to the future point in time for which the prognosis should apply, current setpoint values i α, soll and i β, should be determined whose coordinate system, in contrast to i d, soll and i q, should not rotate with the electrical angular frequency ω el , but is stationary (thus these quantities are sinusoidal in the stationary case) :
Die momentanen Stromsollwerte iα,soll und iβ,soll können in Stromsollwerte iU,soll, iV,soll, iW,soll für die drei Phasen U, V, W in folgender Weise transformiert werden: The current current setpoints i α, soll and i β, soll can be transformed into current setpoint values i U, soll , i V, soll , i W, soll for the three phases U, V, W in the following way:
Die momentanen Stromsollwerte iPH,U,soll, iPH,V,soll, iPH,W,soll entsprechen wahrscheinlichen Ausgangsströmen der den Phasen U, V und W zugeordneten Halbbrücken zu einem Zeitpunkt, der gegenüber dem zugrunde liegenden Zeitpunkt der Sollstromwerte id,soll und iq,soll um die Zeit tdelay in der Zukunft liegt.The instantaneous current setpoint values i PH, U, soll , i PH, V, should , i PH, W, should correspond to probable output currents of the half-bridges assigned to the phases U, V and W at a time which is opposite to the underlying instant of the setpoint current values i d , should and i q, should be around the time t delay in the future.
Basierend auf den Stromsollwerte iPH,U,soll, iPH,V,soll, iPH,W,soll lassen sich für die drei Phasen U, V und W die Wahrscheinlichkeitswerte pSZ,U, pSZ,V oder pSZ,W berechnen, die angeben, mit welcher Wahrscheinlichkeit der Brückenausgangsstrom IPH der jeweiligen Phasen U, V bzw. W positiv ist, beispielsweise in folgender Weise:
Mit dem Faktor r > 0 kann die Vertrauenswürdigkeit der vorausgesagten Stromwerte iPH,U,soll, iPH,V,soll, iPH,W,soll eingestellt werden. Um zu verhindern, dass die Wahrscheinlichkeitswerte pSZ,U, pSZ,V oder pSZ,W größer 1 oder kleiner 0 werden, werden sie entsprechend begrenzt, so dass gilt:
Der Verlauf der Stromwerte iPH,U,soll, iPH,V,soll, iPH,W,soll ist im stationären Fall sinusförmig um die Nulllinie. Bei einem Stromwert iPH,U,soll, iPH,V,soll, iPH,W,soll von 0, ist der entsprechende Wahrscheinlichkeitswert pSZ,U, pSZ,V bzw. pSZ,W 0,5, d. h. mit 50% prozentiger Wahrscheinlichkeit ist die Stromrichtung positiv und mit 50% prozentiger Wahrscheinlichkeit ist die Stromrichtung negativ.The course of the current values i PH, U, soll , i PH, V, soll , i PH, W, soll is in the stationary case sinusoidal around the zero line. For a current value i PH, U, soll , i PH, V, soll , i PH, W, soll of 0, the corresponding probability value p SZ, U , p SZ, V or p SZ, W is 0.5, ie with 50% probability the current direction is positive and with 50% probability the current direction is negative.
Es sind auch andere Verfahren denkbar, welche dazu dienen, die Wahrscheinlichkeitswerte pSZ,U, pSZ,V, pSZ,W zu bestimmen. In einem System, in dem die Phasenspannungen erfasst werden, wäre es beispielsweise möglich, den Stromnulldurchgang durch die Änderung der wirksamen Pulsweite zu identifizieren. Aus dem identifizierten Signal können dann die Wahrscheinlichkeitswerte pSZ,U, pSZ,V, pSZ,W ermittelt werden.Other methods are also conceivable which serve to determine the probability values p SZ, U , p SZ, V , p SZ, W. For example, in a system in which the phase voltages are detected, it would be possible to identify the current zero crossing by changing the effective pulse width. The probability values p SZ, U , p SZ, V , p SZ, W can then be determined from the identified signal.
In
Der Brückentreiber
In
Die Tastgrad-Werte dcCTRL,HSS und dcCTRL,LSS werden modifiziert, und zwar entsprechend der Aufteilung der Schutzzeit tSchutz auf die beiden Steuersignale GHSS,U und GLSS,U: Aus dem zugeordneten Bruchteil tSchutz,U,HSS der Schutzzeit tSchutz zu dem Steuersignal GHSS,U des High-Side-Schaltelements HSS und der PWM-Periodendauer TPWM wird gemäß (tSchutz,U,HSS/TPWM)·2 eine Reduktion rdcHSS,U des Tastgrads für das High-Side-Schaltelement HSS aufgrund des zugeordneten Bruchteils tSchutz,U,HSS der Schutzzeit tSchutz berechnet. Die Reduktion rdcHSS,U des Tastgrads wird von dem Tastgrad-Wert dcCTRL,HSS gemäß dcCTRL,HSS – rdcHSS,U = dcPWM,HSS,U subtrahiert. Der resultierende Tastgrad dcPWM,HSS,U gibt den vom Brückentreiber
In entsprechender Weise wird aus dem zugeordneten Bruchteil tSchutz,U,LSS der Schutzzeit tSchutz zu dem Steuersignal GLSS,U des Low-Side-Schaltelements LSS und der PWM-Periodendauer TPWM gemäß (tSchutz,U,LSS/TPWM)·2 eine Reduktion rdcLSS,U des Tastgrads für das Low-Side-Schaltelement LSS aufgrund des zugeordneten Bruchteils tSchutz,U,LSS der Schutzzeit tSchutz berechnet. Die Reduktion rdcLSS,U des Tastgrads wird von dem Tastgrad-Wert dcCTRL,LSS gemäß dcCTRL,LSS – rdcLSS,U = dcPWM,LSS,U subtrahiert. Der resultierende Tastgrad dcPWM,LSS,U gibt den vom Brückentreiber
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DE (1) | DE102012206721A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020200683A1 (en) | 2020-01-22 | 2021-07-22 | Zf Friedrichshafen Ag | Method for controlling an inverter of an electrical machine for a motor vehicle |
DE102020202047A1 (en) | 2020-02-18 | 2021-08-19 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | SEMICONDUCTOR COMPONENT AND METHOD OF OPERATING THESE |
DE102022201487A1 (en) | 2022-02-14 | 2023-08-17 | Zf Friedrichshafen Ag | Method for driving a circuit arrangement for power semiconductors |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3901034C1 (en) * | 1989-01-14 | 1990-07-19 | Danfoss A/S, Nordborg, Dk | Inverter |
DE69607157T2 (en) * | 1995-04-21 | 2000-11-16 | Alstom Belgium Sa | METHOD FOR PROCESSING PULSE WIDTH-MODULATED SHAFTS AND DEVICE THEREFOR |
-
2012
- 2012-04-24 DE DE201210206721 patent/DE102012206721A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3901034C1 (en) * | 1989-01-14 | 1990-07-19 | Danfoss A/S, Nordborg, Dk | Inverter |
DE69607157T2 (en) * | 1995-04-21 | 2000-11-16 | Alstom Belgium Sa | METHOD FOR PROCESSING PULSE WIDTH-MODULATED SHAFTS AND DEVICE THEREFOR |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020200683A1 (en) | 2020-01-22 | 2021-07-22 | Zf Friedrichshafen Ag | Method for controlling an inverter of an electrical machine for a motor vehicle |
DE102020202047A1 (en) | 2020-02-18 | 2021-08-19 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | SEMICONDUCTOR COMPONENT AND METHOD OF OPERATING THESE |
DE102022201487A1 (en) | 2022-02-14 | 2023-08-17 | Zf Friedrichshafen Ag | Method for driving a circuit arrangement for power semiconductors |
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