DE102012216103A1 - Pwm-strategien zur verringerung der umrichter-hotspot-temperatur und gesamtverluste - Google Patents

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Chingchi Chen
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Abstract

Ein Verfahren umfasst das Verlagern eines Phasenstroms von einem Leistungsbauelement mit höheren Verlusten auf ein Leistungsbauelement mit niedrigeren Verlusten. Ein PWM-Modulationssignal kann modifiziert werden, um das Umrichter-Tastverhältnis zu ändern und Phasenstrom in der Richtung niedrigerer Verluste zu verlagern.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Leistungsumrichter und insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zur Verringerung von Hotspot-Temperaturen und Leistungsverlusten für Leistungsbauelemente in einem Leistungselektronik-Umrichter für einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM).
  • Elektrische Maschinen, wie etwa ein Elektro- oder hybride Elektrofahrzeuge können elektrische Energie zum Antrieb über ein elektrisches Antriebssystem verwenden, das eine mit einem Motor gekoppelte Leistungsschaltung, wie etwa einen Leistungselektronik-Umrichter, umfassen kann. Bei dieser Anordnung kann die Leistungsschaltung steuerbar Leistung von einer Leistungsquelle zum Motor zum Antrieb einer Last, wie etwa dem Fahrzeug-Transaxle-Getriebe, übertragen. Bei einem Dreiphasen-Synchronmotor kann die Leistungsschaltung einen Umrichter mit drei Phasenzweigen umfassen, wobei jeder Zweig Schalter umfasst, die einzeln gesteuert werden können, um eine erwünschte Umrichterausgabe bereitzustellen. Beispielsweise können Ansteuersignale, die Funktion der Drehmomentanforderung des Motors sind, durch eine Umrichtersteuerung dem Umrichter zugeführt werden. Wie in der üblichen Praxis kann ein Umrichter für bidirektionalen Stromfluss ausgelegt werden, so dass Strom von dem Umrichter zum Motor sowie von dem Motor zum Umrichter fließen kann.
  • Da Umrichterstrom an Motorumdrehungs- und Drehmomentanforderungen gebunden ist, können während eines Modus der „Rotorverriegelung“ oder „Motorverriegelung“ Probleme entstehen, wenn die Winkeldrehung des Motors wesentlich verringert oder völlig gestoppt ist. Wenn ein Antriebsdrehmoment ein Fahrzeuggewicht ausgleicht, zum Beispiel wenn ein Fahrzeug eine Steigung herauffährt oder wenn ein Hindernis Räder eines Fahrzeugs blockiert, kann sich die Drehung eines Elektromotors verlangsamen oder stoppen. Eine Steuerung kann versuchen, durch Vergrößern des dem Motor zugeführten Stroms das Drehmoment/die Drehung zu vergrößern. Da sich der Motor jedoch nicht ausreichend dreht, kann der vergrößerte Strom in einem einzigen Phasenzweig konzentriert werden. Zum Beispiel kann der Strom in einem Umrichter-Phasenzweig zweimal den Strom in den übrigen Zweiphasen-Zweigen betragen. Die hohe Stromkonzentration kann ein Schaltbauelement in dem Phasenzweig erhitzen und mit dem Bauelementebetrieb assoziierte Leistungsverluste vergrößern.
  • Angesichts dieses Phänomens werden Schaltbauelemente für einen Umrichter dafür ausgelegt, eine bestimmte „Hotspot“-Temperatur zu tolerieren, die an dem Bauelement während des Rotorverriegelungsbetriebs erwartet werden kann. Je höher die zu tolerierende Hotspot-Temperatur ist, desto höher sind die Größenanforderungen des Bauelements und letztendlich auch die Bauelementekosten. Leider sind die Bauelementeverluste und die Gesamtbetriebsverluste des Leistungsumrichtungssystems umso höher, je größer die Rotorverriegelungs-Stromkonzentration und Hotspot-Temperatur ist. Verschiedene Versuche erfolgten, um Leistungsverluste unter Bedingungen der Rotorverriegelung zu verringern. Eine traditionelle Lösung besteht darin, die Schaltfrequenz der Impulsbreitenmodulation (PWM) zu verkleinern, um Umrichter-Leistungsverluste zu verringern. Obwohl diese Lösung Umrichter-Schaltverluste verringern kann, hat sie begrenzte Wirkungen, weil Leitungsverluste typischerweise der vorherrschende Faktor bei Leistungsbauelementeverlusten sind. Seit Neuerem wurden verschiedene softwareorientierte Lösungen vorgeschlagen. Zum Beispiel offenbart die US-Patentschrift 2010/0185350 mit dem Titel „Control Device for Electric-Powered Vehicle and Electric-Powered Vehicle with Control Device as Well as Control Method for Electric-Powered Vehicle, and Computer Readable Recording Medium Bearing Program for Causing Computer to Execute Control Method“, erteilt an Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha eine Trägerfrequenz-Einstelleinheit, die eine Trägerfrequenz (FC) gemäß dem Drehmomentbefehl (TR) eines Motorgenerators und der Anzahl der Motorumdrehungen (MRN) einstellt. Eine PWM-Signalerzeugungseinheit erzeugt Phasenmodulationswellen entsprechend jeweiligen Phasenspannungsbefehlen (Vu,Vv, Vw) und erzeugt Phasen-PWM-Signale (Pu, Pv, Pw) gemäß der Betragsbeziehung zwischen jeder der Phasenmodulationswellen und einer Trägerwelle mit der Trägerfrequenz (FC). Eine PWM-Zentralsteuereinheit erzeugt, wenn die Trägerfrequenz (FC) kleiner als eine vorbestimmte Frequenz ist, einen PWM-Zentralkorrekturwert (ΔCE) zum variablen Steuern einer PWM-Mitte und gibt an das PWM-Signal aus. Die Toyota-Schrift lehrt eine trägerfrequenzabhängige Lösung des Problems der Umrichterüberhitzung. Es bleibt jedoch eine Notwendigkeit einer wirtschaftlichen und hardwareorientierten Lösung, die ungeachtet der und unabhängig von der PWM-Trägerfrequenz verwendet werden kann, um Bauelemente-Leistungsverluste und Hotspot-Temperaturen zu verringern.
  • Ein beispielhaftes System umfasst eine Umrichterschaltung und ein Strategiemodul für die Impulsbreitenmodulation (PWM), das dafür ausgelegt ist, einen Umrichter-Phasenstrom von einem Bauelement mit höheren Verlusten auf ein Bauelement mit niedrigeren Verlusten zu verlagern, um die Umrichter-Hotspot-Temperatur und Leistungsverluste zu verringern. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann ein PWM-Strategie-Modul dafür ausgelegt werden, den Phasenstrom zu verlagern, wenn sich ein mit der Umrichterschaltung gekoppelter Motor in einem Motorverriegelungszustand befindet. Als Beispiel aber nicht als Beschränkung kann Strom von einem IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) mit relativ höheren Verlusten auf eine Diode in demselben Phasenzweig mit relativ niedrigeren Verlusten verlagert werden. Das PWM-Strategiemodul kann dafür ausgelegt werden, ein zum Bereitstellen von PWM-Steuersignalen verwendetes PWM-Modulationssignal zu modifizieren, um Motorbefehlsspannungen zu genügen. Das PWM-Strategiemodul kann dafür ausgelegt werden, Strom zu verlagern, ohne sich auf die Trägerfrequenz oder Umrichterausgabe auszuwirken. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann ein PWM-Strategiemodul ein Strategiesteuermodul umfassen, das dafür ausgelegt ist, eine Verlustverringerungsstrategie zu implementieren, wobei Umrichter-Phasenstrom von einem Bauelement mit höheren Verlusten auf ein Bauelement mit niedrigeren Verlusten verlagert wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das PWM-Strategiemodul dafür ausgelegt werden, ein zum Modulieren eines PWM-Trägersignals verwendetes Modulationssignal zu modifizieren. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das PWM-Strategiemodul ein Verschiebungssignalmodul anleiten, ein Verschiebungssignal bereitzustellen, das mit einem PWM-Modulationssignal kombiniert werden kann, um ein verschobenes Modulationssignal bereitzustellen. Ein beispielhaftes PWM-Strategiemodul kann dafür ausgelegt werden, Umrichter-Phasenstrom zu verlagern, wenn sich ein Motor in einem rotorverriegelten Zustand befindet. Dementsprechend kann ein PWM-Strategiemodul ein Statusbestimmungsmodul umfassen, das dafür ausgelegt ist, zu bestimmen, dass sich ein Motor in einem rotorverriegelten Zustand befindet. Ein PWM-Strategiemodul kann jedoch auch dafür ausgelegt werden, Strom zu verlagern, wenn sich ein Motor in einem normalen „nicht verriegelten“ Zustand befindet, um Schaltverluste in dem Umrichter zu verringern. Ein beispielhaftes Verfahren zur Verringerung der Hotspot-Temperatur kann Folgendes umfassen: Bestimmen, dass sich ein Motor in einem Rotorverriegelungszustand befindet, Implementieren einer Hotspot-Verringerungs-PWM-Strategie, Bestimmen, dass sich ein Motor nicht mehr in einem Rotorverriegelungszustand befindet, und Beenden der Implementierung der Hotspot-Verringerungsstrategie. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Verfahren der Erfindung das Verlagern eines Phasenstroms von einem Bauelement mit höheren Verlusten auf ein Bauelement mit niedrigeren Verlusten in einem Phasenzweig einer Umrichterschaltung umfassen. Zum Beispiel kann Strom von einem IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) auf eine Diode verlagert werden. Bei einem beispielhaften Verfahren kann ein niederfrequentes Modulationssignal, das in Verbindung mit einem hochfrequenten Trägersignal verwendet wird, um einem Umrichter PWM-Steuersignale zuzuführen, modifiziert werden. Zum Beispiel kann eine PWM-Referenzspannung auf einen niedrigen Wert verschoben werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform hängt der Stromverlagerungsprozess nicht von der Trägerfrequenz ab und wirkt sich auch nicht auf die Umrichterausgabe aus. Ein Verfahren der Erfindung kann eine hardwareorientierte Lösung bereitstellen, die mit allen Schaltfrequenzen kompatibel ist, die Umrichter-Hotspot-Temperaturen und Leistungsverluste verringern und dadurch die Verwendung von kleineren kostengünstigeren Leistungselektronikbauelementen in der Umrichterschaltung ermöglichen kann.
  • 1 zeigt ein beispielhaftes System mit einem PWM-Strategiemodul (PSM).
  • 2 zeigt ein beispielhaftes System.
  • 3 zeigt ein beispielhaftes System.
  • 4A zeigt ein beispielhaftes System.
  • 4B zeigt ein beispielhaftes System.
  • 5 zeigt ein beispielhaftes System.
  • 6 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
  • 7 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
  • 8A zeigt Umrichterströme und -signale für eine beispielhafte Umrichterschaltung ohne PWM-Verschiebung.
  • 8B zeigt Umrichterströme und -signale bei Verwendung eines verschobenen PWM-Modulationssignals.
  • 9 zeigt einen Vergleich von Ergebnissen für eine Umrichterschaltung mit und ohne Implementierung einer PWM-Verlustverringerungsstrategie.
  • 10 zeigt einen Vergleich von Ergebnissen für eine Umrichterschaltung mit und ohne Implementierung einer PWM-Verlustverringerungsstrategie.
  • Es werden hier beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dargelegt; die Erfindung kann jedoch in vielfältigen alternativen Formen realisiert werden, wie für Fachleute erkennbar ist. Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern und eine Grundlage für die Ansprüche bereitzustellen, sind verschiedene Figuren in der Beschreibung enthalten. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu, und verwandte Elemente können weggelassen werden, um so die neuartigen Merkmale der Erfindung zu betonen. In den Figuren abgebildete strukturelle und Funktionsdetails werden angegeben, um Fachleuten die Ausübung der Erfindung zu lehren, und sind nicht als Beschränkungen zu interpretieren. Zum Beispiel können Steuermodule und Komponenten für verschiedene Systeme verschiedenartig angeordnet und/oder kombiniert werden und sind nicht als auf die hier dargelegten beispielhaften Konfigurationen beschränkt zu betrachten. 1 zeigt ein Diagramm eines beispielhaften Fahrzeugs 100. Das Fahrzeug 100 kann von einem beliebigen geeigneten Typ sein, wie etwa ein Elektro- oder hybrides Elektrofahrzeug. Bei mindestens einer Ausführungsform kann das Fahrzeug 100 Folgendes umfassen: einen ersten Radsatz 112, einen zweiten Radsatz 114, einen Motor 116, ein HEV-Transaxle-Getriebe 118 und ein elektrisches Antriebssystem 120. Das elektrische Antriebssystem 120 kann dafür ausgelegt sein, dem ersten und/oder zweiten Radsatz 112, 114 Drehmoment zuzuführen. Das elektrische Antriebssystem 120 kann eine beliebige geeignete Konfiguration aufweisen; zum Beispiel kann es eine Leistungsumrichtschaltung in Form eines Leistungselektronik-Umrichters (PEC) 122, gekoppelt mit einer Permanentmagnet-Synchronmaschine (PMSM) 126, umfassen. Die PMSM 126 kann mit einer Leistungsübertragungseinheit 130 gekoppelt sein, die ihrerseits mit einem Differential 140 zum Steuern des Radsatzes 114 gekoppelt sein kann. Es wird in Betracht gezogen, dass die PMSM 126 als Motor fungieren kann und dabei elektrische Energie in kinetische Energie umwandelt, oder als Generator und dabei kinetische Energie in elektrische Energie umwandelt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der PEC 122 über ein Schnittstellenkabel 127 mit einer als Motor fungierenden ersten PMSM und über ein zweites Schnittstellenkabel (nicht gezeigt) mit einer als Generator fungierenden zweiten PMSM (nicht gezeigt) verbunden sein. Darüber hinaus kann in einem hybriden Elektrofahrzeug das elektrische Antriebssystem 120 ein Parallelantrieb, Reihenantrieb oder aufgeteilter Hybridantrieb sein, wie Fachleuten bekannt ist. Das Schnittstellenkabel 127 kann ein Hochspannungs-Dreiphasen-Schnittstellenkabel sein, durch das der PEC 122 der PMSM 126 Leistung zuführen kann. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Kabel 127 dafür ausgelegt, drei Ströme verschiedener Phasen zu leiten. Zum Beispiel kann das Kabel 127 einen Satz von drei Kabeln umfassen, die jeweils dafür ausgelegt sind, einen Strom einer bestimmten Phase zu führen.
  • Der PEC 122 kann Hardwareschaltkreise umfassen, die dafür ausgelegt sind, der PMSM 126 Leistung zuzuführen, und kann elektrisch mit einem Fahrzeugsteuersystem (VCS) 150 gekoppelt sein, von dem es Signale von anderen Steuereinheiten hinsichtlich Fahrzeugsystembetrieb und -steuerung empfangen kann. Der PEC 122 kann mit einem Strategiemodul (PSM) 124 für Impulsbreitenmodulation (PWM) gekoppelt sein, das dafür ausgelegt ist, PWM-Strategien zu verwenden, um die PEC-Leistungsfähigkeit zu steuern und zu verbessern. Bei einer beispielhaften Ausführungsform steuert das PSM 124 ein PWM-Modulationssignal, um insbesondere in den Perioden, in denen sich ein Motor in einem Zustand der „Motorverriegelung“ oder „Rotorverriegelung“ befindet, PEC-Leistungsverluste zu verringern.
  • Die PMSM 126 kann durch eine oder mehrere Leistungsquellen zum Antrieb der Fahrzeug-Antriebsräder versorgt werden. Die PMSM 126 kann von einem beliebigen geeigneten Typ sein, wie etwa ein Motor, Motorgenerator oder Anlasser-Lichtmaschine. Zusätzlich kann die PMSM 126 mit einem regenerativen Bremssystem assoziiert sein, um Energie wiederzugewinnen.
  • Die Leistungsübertragungseinheit 130 kann selektiv mit mindestens einer PMSM 126 gekoppelt werden. Die Leistungsübertragungseinheit 130 kann von einem beliebigen geeigneten Typ sein, wie etwa ein Mehrganggetriebe mit „Stufenverhältnis“, einem kontinuierlich variablen Getriebe oder einem elektronischen umrichterlosen Getriebe, wie Fachleuten bekannt ist. Die Leistungsübertragungseinheit 130 kann dafür ausgelegt sein, ein oder mehrere Fahrzeugräder anzutreiben. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Leistungsübertragungseinheit 130 auf beliebige geeignete Weise, wie etwa mit einer Antriebswelle oder einer anderen mechanischen Einrichtung, mit einem Differential 140 verbunden. Das Differential 140 kann durch eine Welle 142, wie etwa eine Achse oder Halbachse, mit jedem Rad des zweiten Radsatzes 114 verbunden sein.
  • Das Fahrzeug 100 kann auch ein Fahrzeugsteuersystem (VCS) 150 zum Überwachen und/oder Steuern verschiedener Aspekte des Fahrzeugs 100 umfassen. Das VCS 150 kann mit dem PEC 122 und der Leistungsübertragungseinheit 140 und ihren verschiedenen Komponenten gekoppelt sein, um Betrieb und Leistungsfähigkeit zu überwachen und zu steuern. Das VCS 150 kann eine beliebige geeignete Konfiguration aufweisen und kann eine oder mehrere Steuerungen oder Steuermodule umfassen. Bei der in 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform umfasst das VCS 150 ein Kraftübertragungs-Steuermodul (PCM) 152, ein Transaxle-Getriebe-Steuermodul (TCM) 154, ein Fahrzeugstabilitätssteuermodul (VSCM) 156, ein Hochspannungs-Batteriesteuermodul (HVBCM) 158 und ein Traktions-Batteriesteuermodul (TBCM) 160. Die Steuermodule 152–160 können dafür ausgelegt sein, wie durch die Pfeillinien angegeben miteinander zu kommunizieren, es wird jedoch in Betracht gezogen, dass Kommunikation zwischen und unter den Steuermodulen verschiedenartig arrangiert werden kann. Zusätzlich können ein oder mehrere Steuermodule 152–160 dafür ausgelegt sein, mit verschiedenen Aspekten des Fahrzeugs 100 zu kommunizieren und/oder diese zu steuern. Zum Beispiel kann das TBCM 160 Umgebungsattribute (z.B. Temperatur) überwachen und den Betrieb einer oder mehrerer Leistungsquellen steuern. Das Transaxle-Getriebe-Steuermodul TCM 154 kann mit dem PEC 122 kommunizieren, um die PMSM 126 und den Betrag des den Fahrzeugantriebsrädern zugeführten Drehmoments zu steuern. Es wird angemerkt, dass das TCM 154 als Alternative in den PEC 122 eingebettet sein kann.
  • 3 zeigt ein beispielhaftes System 300, in dem der PEC 122 von 1 als beispielhafter PEC 310 realisiert ist. Der PEC 310 kann eine erste Leistungsquelle 312 umfassen. Bei verschiedenen Ausführungsformen, wie etwa hybriden Elektrofahrzeugausführungsformen, können zusätzliche Leistungssysteme vorgesehen sein. Zum Beispiel kann ein zweites Leistungssystem vorgesehen sein, das eine elektrische Leistungsquelle oder eine nichtelektrische Leistungsquelle, wie etwa einen Verbrennungsmotor, aufweist. Die erste Leistungsquelle 312 kann von einem beliebigen geeigneten Typ sein. Zum Beispiel kann die erste Leistungsquelle 312 eine elektrische Leistungsquelle sein, wie etwa eine Batterie mit mehreren elektrisch verbundenen Zellen, ein Kondensator oder eine Brennstoffzelle. Wenn eine Batterie verwendet wird, kann sie von einem beliebigen geeigneten Typ sein, wie etwa Nickel-Metallhydrid (Ni-MH), Nickel-Eisen (Ni-Fe), Nickel-Cadmium (Ni-Cd), Blei, Zinkbromin (Zn-Br) oder auf Lithiumbasis. Wenn ein Kondensator verwendet wird, kann er von einem beliebigen geeigneten Typ sein, wie etwa ein Ultrakondensator, Superkondensator, elektrochemischer Kondensator oder elektronischer Doppelschichtkondensator, wie Fachleuten bekannt ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Batterie in Verbindung mit einem oder mehreren Kondensatoren verwendet werden.
  • Die Leistungsquelle 312 kann mit einer Umrichterschaltung 314 gekoppelt sein, die dafür ausgelegt ist, der PMSM 330 Wechselstrom zuzuführen. Mit der Umrichterschaltung 314 kann eine Umrichtersteuerung 316 gekoppelt sein, die dafür ausgelegt ist, PWM-Ansteuersignale bereitzustellen. Ein PSM 320 kann mit der Umrichtersteuerung 316 gekoppelt sein, um eine PWM-Strategie zum Verringern von Leistungsverlusten in der Umrichterschaltung 314 auszuführen, und zwar insbesondere, aber ohne Beschränkung darauf, in den Perioden, in denen sich die PMSM 330 in einem verriegelten Zustand befindet. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann ein (nicht gezeigter) Rotationssensor mit der PMSM 330 gekoppelt und dafür ausgelegt sein, dem PEC 310, dem PSM 320 und/oder dem VCS 150 eine Motordrehzahl zuzuführen. Die Umrichtersteuerung 316 kann dafür ausgelegt werden, den Betrieb der Umrichterschaltung 314 zu steuern, und kann dementsprechend Hardware, Software, Firmware oder eine bestimmte Kombination davon umfassen. Die Umrichtersteuerung 316 kann eine mikroprozessorgestützte Steuereinrichtung 317 zum Ausführen von Steuerfunktionen und zum Verarbeiten von Informationen umfassen. Die Steuereinrichtung 317 kann dafür ausgelegt werden, Softwarealgorithmen auszuführen sowie Informationen zu speichern. Die Umrichtersteuerung 316 kann eine Motor-/Generatorsteuereinheit (MGCU) 318 umfassen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die MGCU 318 in Form einer Leiterplatte vorliegen, die die Schaltkreise aufweist, die notwendig sind, um Rückkopplungsstrom zu empfangen, Referenzströme und -spannungen zu empfangen oder zu ermitteln, Strom und Befehlsspannungen und -ströme zu regeln sowie andere Operationen auszuführen, die mit der Befehligung und Steuerung der PMSM 330 assoziiert sind. Die Umrichtersteuerung 316 kann Eingaben von einem (nicht gezeigten) Sensor empfangen, der den Strom in dem Kabel 127 detektiert. Zum Beispiel kann durch einen solchen Sensor detektierter Rückkopplungsstrom in der MGCU 318 empfangen werden. Die Umrichtersteuerung 316 kann zum Beispiel über die MGCU 318 auch Eingaben von einem (nicht gezeigten) Sensor empfangen, der dafür ausgelegt ist, Bewegung der PMSM 330 zu detektieren. Die Umrichtersteuerung 316 kann als Schnittstelle zwischen dem PSM 320 und der Umrichterschaltung 314 fungieren und es dem PSM 320 ermöglichen, Betrieb der Umrichterschaltung 314 durch Implementieren von PWM-Strategien durch die Umrichtersteuerung 316 zu bewirken.
  • 4A zeigt ein System 400, in dem die Umrichtersteuerung 316 als eine beispielhafte Umrichtersteuerung 402 realisiert ist und das PSM 320 als beispielhaftes PSM 430 realisiert ist. Die Umrichtersteuerung 402, die eine mit einer MGCU 406 gekoppelte Steuereinrichtung 404 umfassen kann, kann mit dem PSM 430 gekoppelt sein. Die beispielhafte MGCU 406 kann eine Strom-/Spannungssteuereinheit 410 umfassen, die dafür ausgelegt ist, auf der Basis von Drehmomentanforderungen erforderliche Statorwicklungsspannungen bereitzustellen, sowie ein PWM-Signalerzeugungsmodul 420 zum Erzeugen der PWM-Ansteuersignale für die Umrichterschaltung 314.
  • 4B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform 450, in der eine Leistungsquelle 452 mit einer Umrichterschaltung 454 gekoppelt ist. Die Umrichterschaltung 454 umfasst einen Phasenzweig A mit einer oberen Schalteinheit AU und einer unteren Schalteinheit AL, einen Phasenzweig B mit einer oberen Schalteinheit BU und einer unteren Schalteinheit BL und einen Phasenzweig C mit einer oberen Schalteinheit CU und einer unteren Schalteinheit CL. Mit dem Phasenzweig A ist ein Phasenstrom IA assoziiert, mit dem Phasenzweig B ist ein Phasenstrom IB assoziiert und mit dem Phasenzweig C ist ein Phasenstrom IC assoziiert. Jeder der Phasenströme IA, IB, IC wird einer Statorwicklung der Dreiphasen-PMSM 456 zugeführt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform erzeugt das PWM-Signalerzeugungsmodul 420 Ansteuersignale für die drei Phasenzweige der Umrichterschaltung 454.
  • Wieder mit Bezug auf 4A kann als Beispiel aber nicht als Beschränkung die Strom-/Spannungssteuereinheit 410 eine Befehlsstromeinheit 412 umfassen, die dafür ausgelegt ist, eine Drehmomentanforderung TR zu empfangen und erforderliche Befehlsströme IDC und IQC in dem d-q-Koordinatensystem des PMSM-Rotors auszugeben. Zusätzlich kann eine Koordinatenumsetzungseinheit 414 dafür ausgelegt sein, Rückkopplungsphasenströme IA, IB, IC zu empfangen und diese in das d-q-Koordinatensystem umzusetzen, um die Ausgabe IDF und IQF bereitzustellen. Die direkten Rückkopplungs- und Befehlsströme IDF und IDC können in dem Komparator 413 empfangen werden, der dafür ausgelegt sein kann, auf der Basis der Differenz zwischen ihnen eine Ausgabe eD zu produzieren. Ähnlich können die Quadratur-Rückkopplungs- und -Befehlsströme IQF und IQC in dem Komparator 415 empfangen werden, der dafür ausgelegt sein kann, auf der Basis der Differenz zwischen ihnen eQ auszugeben. Der Stromregler 416 kann dafür ausgelegt sein, eD und eQ zu empfangen und diese zu verwenden, um wie in der Technik bekannt Ausgangsspannungen VD und VQ bereitzustellen. Die Koordinatenumsetzungseinheit 418 kann VD und VQ aus dem Rotorkoordinatensystem umsetzen, um die Phasenspannungen VA, VB und VC für die Statorspulen 532, 534 bzw. 536 zu erzeugen. Die Dreiphasenspannungen VA, VB und VC können dem PWM-Signalerzeugungsmodul 420 zugeführt werden, das dafür ausgelegt ist, die Phasenspannungen VA, VB, VC zu verwenden, um die geeigneten Ansteuersignale SA, SB, SC für die Umrichterschaltung 454 bereitzustellen. Zum Beispiel kann SA an den Phasenzweig A, SB an den Phasenzweig B und SC an den Phasenzweig C der Umrichterschaltung 454 angelegt werden.
  • Das PWM-Signalerzeugungsmodul 420 kann eine PWM-Signalsteuerung 422, ein Trägersignalmodul 424, ein Modulationssignalmodul 426 und einen Komparator 428 umfassen. Das Trägersignalmodul 424 kann dafür ausgelegt sein, ein Trägersignal VCARR bereitzustellen, das eine Schaltfrequenz zur PWM bereitstellen kann. Beispielsweise kann das Trägersignalmodul 424 einen Hochfrequenzsignalgenerator umfassen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das Trägersignalmodul 422 dafür ausgelegt sein, ein Dreieck-Trägersignal zu produzieren, das durch eine Frequenz im Bereich von 1,25 kHz bis 10 kHz gekennzeichnet ist, und kann durch die PWM-Signalsteuerung 422 gesteuert werden.
  • Das Modulationssignalmodul 426 kann dafür ausgelegt sein, ein PWM-Modulationssignal VM bereitzustellen, und kann beispielsweise einen Niederfrequenz- oder Gleichstromsignalgenerator umfassen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das Modulationssignal VM in Form einer Referenzspannung VR für jeden Phasenzweig, zum Beispiel VRA, VRB und VRC für die Phasenzweige A, B und C der Umrichterschaltung 454, vorliegen oder durch diese gekennzeichnet sein. Dementsprechend kann das Modulationssignalmodul eine oder mehrere Einrichtungen umfassen, die dafür ausgelegt sind, eine Referenzspannung bereitzustellen. Die PWM-Signalsteuerung 422 kann dafür ausgelegt sein, die Spannungen VA, VB, VC zu empfangen und auf der Basis dieser Spannungen das Trägersignal- und das Modulationssignalmodul 424, 426 anzuleiten, Ausgaben bereitzustellen, die verwendet werden können, um geeignete PWM-Ansteuersignale SA, SB, SC für die Umrichterschaltung 454 bereitzustellen. Beispielsweise aber nicht als Beschränkung können die Ansteuersignale SA, SB, SC in Form von Spannungspegeln und Tastverhältnis vorliegen, die an die Gates verschiedener Schalteinheiten der Phasenzweige A, B und C der Umrichterschaltung 454 angelegt werden.
  • Das PSM 430 kann dafür ausgelegt sein, eine PWM-Strategie zu implementieren oder anzuleiten, um Hotspot-Temperatur und Leistungsverluste in dem System 400 zu verringern. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das PSM 430 ein Statusdetektionsmodul 432, ein Strategiesteuermodul 434 und ein Modulationssignalmodul 436 umfassen. Jedes der Module kann Hardware, Software, Firmware oder eine bestimmte Kombination davon umfassen. Das Statusbestimmungsmodul 432 kann dafür ausgelegt sein, zu bestimmen, dass sich ein Motor, wie etwa die PMSM 456, der mit einer Umrichterschaltung gekoppelt ist, wie etwa der Umrichterschaltung 454, in einem Rotorverriegelungszustand befindet. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Statusdetektor 432 Eingaben in Bezug auf die Rückkopplungsströme IA, IB, IC empfangen und ein kontinuierlich in einem einzigen Phasenzweig konzentrierter hoher Strom kann als Anzeige verwendet werden, dass ein Motor verriegelt ist. Beispielsweise, aber nicht als Beschränkung, kann das Statusbestimmungsmodul Eingaben in Bezug auf Motorrotation entweder von dem VCS 150, von der MGCU 320 oder direkt von einem mit dem Motor gekoppelten (nicht gezeigten) Winkelrotationssensor empfangen. Eine Winkelrotationszahl von weniger als einem vorbestimmten Minimum kann anzeigen, dass sich ein Motor in einem verriegelten Zustand befindet.
  • Das PSM 430 kann ferner ein Strategiesteuermodul 434 umfassen, das dafür ausgelegt ist, eine PWM-Strategie zum Verringern von Bauelemente-Hotspot-Temperatur und Leistungsverlusten auszuführen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das Strategiesteuermodul 434 ein PWM-Modulationssignal verschieben, um eine Hotspot- und Verlustverringerungsstrategie zu implementieren. Beispielsweise, aber nicht als Beschränkung, kann unter der Anleitung des Strategiesteuermoduls 434 ein Verschiebungssignalmodul 436 dafür ausgelegt sein, der PWM-Signalerzeugungseinheit 420 ein Verschiebungssignal VSHIFT zuzuführen. Das Signal VSHIFT kann in dem Signalkombinierer 427 mit dem Modulationssignal VM kombiniert werden, um ein verschobenes Modulationssignal VM' bereitzustellen, das dem Komparator 428 zugeführt und dazu verwendet werden kann, die Steuersignale SA, SB, SC zu erzeugen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das Modulationssignal VM in Form des Referenzsignals VR vorliegen, und das Signal VSHIFT kann in dem Signalkombinierer 427 zu dem Referenzsignal VR addiert werden, um ein verschobenes VR' bereitzustellen, das in den Komparator 428 eingegeben werden kann. Dementsprechend kann ein verschobenes VRA', VRB' und VRC' für die Phasenzweige A, B bzw. C bereitgestellt werden. Der Komparator kann VR' und das Trägersignal VCARR vergleichen, um verschobene PWM-Signale SA, SB, SC zu erzeugen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das Signal VSHIFT die Referenzspannung VR nach unten verschieben, d.h. VSHIFT kann einen negativen Wert aufweisen, oder von VR subtrahiert werden. Das Verschieben der Referenzspannung VR kann die PWM-Signale ändern und das Umrichter-Tastverhältnis verkleinern, wodurch Leitungsverluste verkleinert werden. Zusätzlich kann das Ändern der PWM-Signale einen Phasenstrom von einem Bauelement mit höheren Leitungsverlusten, wie etwa einem IGBT, auf ein Bauelement mit niedrigeren Leitungsverlusten, wie etwa eine Diode, verlagern. 5 zeigt ein beispielhaftes System 500, in dem ein PWM-Strategiemodul Hotspot-Temperatur und Leistungsverluste verringern kann. Das System 500 umfasst eine Leistungsquelle 502, die über einen Kondensator C mit einer Umrichterschaltung 510 gekoppelt ist. Die Umrichterschaltung 510 ist mit einem Motor 530 und einer Umrichtersteuereinheit 540 gekoppelt, die dafür ausgelegt ist, Ansteuersignale für die Umrichterschaltung 510 bereitzustellen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Motor 530 eine PMSM mit drei separaten Spulen 532, 534 und 536. Die Umrichterschaltung 510 kann drei Phasenzweige, A, B und C umfassen, die mit den Spulen 532, 534 bzw. 536 gekoppelt und mit den Phasenströmen IA, IB bzw. IC assoziiert sind, die als eine positive Richtung aufweisend betrachtet werden, wenn sie zu dem Motor 530 fließen, und eine negative Richtung, wenn sie von dem Motor 530 fließen.
  • Jeder der Phasenzweige A, B und C kann eine obere und untere Schalteinheit aufweisen, wobei jede Schalteinheit ein aktives Bauelement, wie etwa einen IGBT, und ein halbaktives Bauelement, wie etwa eine Diode, aufweist. Zum Beispiel kann der Phasenzweig A eine obere Schalteinheit 512, die einen IGBTAU antiparallel mit einer oberen Diode DAU umfasst, und eine untere Schalteinheit 514 mit einem unteren IGBTAL antiparallel mit einer unteren Diode DAL umfasst, aufweisen. Ähnlich kann Phasenzweig B eine obere Schalteinheit 516 mit einem oberen IGBTBU antiparallel mit einer oberen Diode DBU und eine untere Schalteinheit 518 mit einem unteren IGBTBL antiparallel mit einer unteren Diode DBL aufweisen. Genauso kann der Phasenzweig C eine obere Schalteinheit 520 mit einem oberen IGBTCU und einer oberen Diode DCU und eine untere Schalteinheit 522 mit einem unteren IGBTCL und einer unteren Diode DCL umfassen.
  • Während eines typischen Nicht-Motorverriegelungs-PWM-Zyklus fließt Strom durch ein Bauelement einer Schalteinheit auf einmal und eine Schalteinheit eines Phasenzweigs auf einmal, so dass während eines Normalbetriebsmodus die Gesamtleistung für einen Phasenzweig während eines Umrichterzyklus auf vier Bauelemente aufgeteilt wird. Während eines Motorverriegelungszustands arbeiten jedoch bestimmte Schaltbauelemente überhaupt nicht, wodurch erzwungen wird, dass die Leistung in einem Phasenzweig auf nur zwei Bauelemente aufgeteilt wird, wodurch Bauelementeleistungsverlust und -temperatur vergrößert werden. Zum Beispiel können in einem Motorverriegelungszustand die obere Diode DAU und der untere IGBTAL nicht leiten und der IGBTBU und die Diode DBL können nicht leiten und der IGBTCU und die Diode DCL können nicht leiten. In jedem Phasenzweig kann somit Strom in zwei Bauelementen statt vier konzentriert werden, wodurch der Verlust und die Temperatur in den leitenden IGBT-Bauelementen vergrößert werden.
  • 6 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 600 zum Verringern der Hotspot-Temperatur. Im Block 602 kann bestimmt werden, dass sich ein Motor in einem Rotorverriegelungszustand befindet. Zum Beispiel kann das Statusbestimmungsmodul 432 Eingaben in Bezug auf die Phasenströme IA, IB, IC empfangen und ihre Beträge vergleichen, um zu bestimmen, dass ein Motor verriegelt ist. Zum Beispiel kann ein kontinuierlich in einem einzigen Phasenzweig konzentrierter hoher Strom einen Rotorverriegelungszustand anzeigen. Als weiteres Beispiel kann das Statusbestimmungsmodul 432 Eingaben in Bezug auf Motorrotation entweder von dem VCS 150, von der MGCU 320 oder direkt von einem mit dem Motor gekoppelten Winkelrotationssensor empfangen. Eine Winkelrotationszahl von weniger als einem vorbestimmten Minimum kann anzeigen, dass sich ein Motor in einem verriegelten Zustand befindet. Im Block 604 kann eine Verlustverringerungs-PWM-Strategie implementiert werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Implementierung einer Verlustverringerungs-PWM-Strategie das Verlagern eines Stroms von einem Bauelement mit höheren Verlusten auf ein Bauelement mit niedrigeren Verlusten umfassen. Als Beispiel kann Strom von dem IGBTAU auf die DAL verlagert werden.
  • 7 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 700 zum Verlagern des Stroms. Im Block 702 kann ein Verschiebungssignal VSHIFT bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann das Strategiesteuerungsmodul 434 den Verschiebungssignalgenerator 436 auffordern, ein Verschiebungssignal VSHIFT zu erzeugen. Im Block 704 kann das Verschiebungssignal VSHIFT verwendet werden, um ein modifiziertes PWM-Modulationssignal bereitzustellen. Zum Beispiel kann VSHIFT mit VM aus dem Modulationssignalmodul 426 kombiniert werden, um ein modifiziertes Modulationssignal VM' bereitzustellen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform liegt das Modulationssignal VM in Form einer Referenzspannung VR vor. Der Modulationssignalgenerator 426 kann dafür ausgelegt werden, eine Referenzspannung für jeden Umrichterphasenzweig bereitzustellen, nämlich VRA, VRB und VRC für die Phasenzweige A, B und C, und das Verschiebungssignal VSHIFT kann zu jedem addiert werden, um verschobene Referenzen VRA', VRB', VRC' bereitzustellen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Verschiebungssignal VSHIFT für jeden Phasenzweig dasselbe. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass es unter den Phasenzweigen variieren könnte. Im Block 706 kann das verschobene Modulationssignal VM' verwendet werden, um ein PWM-Ansteuersignal bereitzustellen. Zum Beispiel kann VM' in dem Komparator 428 mit einem Trägersignal VCARR verglichen werden, um ein PWM-Treibersignal für die Umrichterschaltung 510 bereitzustellen.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform können die Träger- und verschobenen Modulationssignale PWM-Ansteuersignale erzeugen, die einen Phasenstrom von einem Bauelement mit höheren Verlusten auf ein Bauelement mit niedrigeren Verlusten, zum Beispiel von dem IGBTAU auf die Diode DAL verlagern können. Da die Implementierung der Erfindung die durch einen IGBT geleitete mittlere Stromkonzentration verringern kann, kann eine IGBT-Hotspot-Temperatur verringert werden.
  • Wieder mit Bezug auf 6 kann das beispielhafte Verfahren 600 ferner im Block 606 das Bestimmen umfassen, dass sich ein Motor nicht mehr in einem Rotorverriegelungszustand befindet. Zum Beispiel kann das Statusdetektionsmodul 432 unter Verwendung von oben beschriebenen Eingaben bestimmen, dass der Rotorverriegelungszustand nicht mehr effektiv ist. Als Reaktion kann im Block 608 der Betrieb zu einem normalen Betriebsmodus zurückkehren, bei dem keine Verschiebung durchgeführt wird und VM anstelle von VM‘ verwendet wird, um PWM-Ansteuersignale für den Umrichter zu erzeugen. Dies lässt sich durch Aufhören mit der Erzeugung des Verschiebungssignals VSHIFT erzielen.
  • Es wird angemerkt, dass ein Verfahren der Erfindung PWM-Verschiebung auch dann umfassen kann, wenn sich der Motor in einem normalen oder nicht verriegelten Zustand befindet. PWM-Verschiebung während eines normalen Betriebszustands kann PWM zum Extrem führen, was zu diskontinuierlicher Impulsbreitenmodulation (DPWM) führen kann, die Schaltverluste minimieren kann. Folglich können Umrichter-Gesamtleistungsverluste verringert werden, wodurch Elektrofahrzeuge mehr Kraftstoff sparen können.
  • 8A zeigt die Ergebnisse für ein System, wie etwa das System 500, bei dem ein Motor sich in einem rotorverriegelten Zustand befindet und PWM-Signalisierung auf normale unverschobene Weise durchgeführt wird, d.h. es wird kein VSHIFT-Signal erzeugt. In diesem Beispiel liegt ein Modulationssignal VM in Form von Referenzspannungen VRA, VRB bzw. VRC vor. Die Trägerwelle VCARR kann mit den oben erwähnten Referenzspannungen verwendet werden, um die PWM-Signale S_a, S_b und S_c für die Umrichterphasenzweige A, B und C zu erzeugen. Umrichterphasenströme werden durch Iga, Igb und Igc repräsentiert, wobei positive Beträge Stromfluss vom Umrichter zum Motor und negative Beträge Stromfluss vom Motor zum Umrichter angeben. Wie in 8A gezeigt, ist der Betrag des Stroms Iga, der vom Umrichter zum Motor fließt, ungefähr zweimal der Betrag der Ströme Igb, Igc, die vom Motor zum Umrichter fließen, wodurch ein Motorverriegelungszustand angezeigt wird. 9, 10 zeigen das Umrichter-Tastverhältnis und Leistungsverluste für die drei Phasenzweige des Umrichters während normaler (unverschobener) PWM für die durch 8A repräsentierten Bedingungen. Mit Bezug auf 8A, 9 und 10 ist ersichtlich, dass das Tastverhältnis für Phasenzweig A nur geringfügig länger als das der anderen Phasenzweige ist, aber der Leistungsverlust für Phasenzweig A wesentlich höher als der der anderen Phasenzweige ist. Der Grund dafür besteht darin, dass Strom in dem IGBTUA konzentriert wird, der relativ hohe Leistungsverluste aufweist, zu denen Leitungs- und Schaltleistungsverluste gehören.
  • 8B zeigt die Ergebnisse, wenn eine PWM-Strategie zum Verringern der Hotspot-Temperatur durchgeführt wird. Hierbei wurden die Referenzspannungen Vra, Vrb und Vrc auf einen niedrigeren Wert von –50,00 verschoben. Obwohl die Trägerfrequenz Vcarr gleich bleibt, verändern verschobene Referenzspannungen die PWM-Signale Sa, Sb und Sc wie gezeigt und verringern das Umrichter-Tastverhältnis. Mit Bezug auf 9 und 10, die auch Ergebnisse zeigen, wenn eine PWM-Verlustverringerungsstrategie implementiert wird, wird das Tastverhältnis von Phasenzweig A bei Verwendung einer verschobenen Referenzspannung von dem Tastverhältnis 0,527, das mit der Verwendung unverschobener Referenzspannungen assoziiert ist, auf 0,37 verkleinert. Die Leistungsverluste des Umrichters werden von Bauelementen mit höheren Leistungsverlusten auf Bauelemente mit niedrigeren Leistungsverlusten verschoben. Zum Beispiel wurde für Phasenzweig A der mit dem oberen IGBTUA assoziierte Leistungsverlust verkleinert, während der mit der unteren Diode DAL assoziierte vergrößert wurde. Obwohl der Gesamtverlust für den Phasenzweig A nicht signifikant geändert ist, verringert das Verkleinern des mittleren Stroms und der mittleren Leistungsverluste, die mit dem IGBTUA assoziiert sind, die Hotspot-Temperatur, die das Bauelement tolerieren können muss. Folglich sind Umrichterentwicklern verschiedene Kompromiss-Entwurfsmöglichkeiten hinsichtlich IGBT- und Diodenbemessung und Kosten verfügbar. Zum Beispiel können IGBT kleiner bemessen werden oder die maximalen Kapazitäten derzeit existierender Umrichter vergrößert werden. Es wird angemerkt, dass, obwohl das Umrichter-Tastverhältnis verringert wurde, die Umrichterströme Iga, Igb und Igc unverändert bleiben, wenn PWM-Verschiebung implementiert wird. Somit können die maximalen Leistungsverluste oder die resultierende Hotspot-Temperatur ohne Auswirkung auf die Umrichterausgabe verringert werden.
  • Wie in 9, 10 für den durch 8A, 8B exemplifizierten Rotorverriegelungsfall gezeigt, kann PWM-Verschiebung die Leistungsverluste von Phasenzweig A zwischen dem oberen IGBTAU und der unteren DAL gleichmäßiger ausgleichen. Zum Beispiel betrug ohne PWM-Verschiebung der Leistungsverlust im oberen IGBTAU 673 W, während mit PWM-Verschiebung der Verlust auf 551 W verringert wurde. Ähnlich werden die Leistungsverluste der Phasenzweige B, C gleichmäßiger zwischen den IGBT-Bauelementen und den Diodenbauelementen ausgeglichen, wodurch Belastung der IGBT-Bauelemente gemindert wird. Die Erfindung ermöglicht kleinere Bemessung von Leistungsbauelementen, da die Hotspot-Temperatur für die IGBT-Bauelemente herabgesetzt wird. Da Leistungsbauelementekosten der dominante zu den Umrichter-Gesamtkosten beitragende Faktor sind, kann die Möglichkeit, Komponenten kleiner zu bemessen, Umrichter-Hardwarekosten signifikant verringern.
  • Obwohl 8A, 8B ein Beispiel für Motorverriegelungsbedingungen in einem Umrichter zeigen, wobei der Strom in dem oberen Teil des Phasenzweigs A konzentriert ist, versteht sich, dass es sechs mögliche Umrichter-Stromkonfigurationen gibt, die auftreten können, wenn sich ein Motor in einem rotorverriegelten Zustand befindet. Strom kann in dem oberen Teil oder dem unteren Teil jedes der drei Phasenzweige A, B und C konzentriert sein. Für jeden Fall kann die Erfindung Strom von einem Bauelement mit höheren Verlusten auf ein Bauelement mit niedrigeren Verlusten verlagern. Durch Steuern der Ansteuersignale durch Implementierung einer PWM-Verlustverringerungsstrategie kann Stromverlagerung von einem IGBT auf eine Diode oder von einer Diode auf einen IGBT stattfinden und kann mit oder ohne Änderung der Trägerfrequenz durchgeführt werden, wodurch eine einfache wirtschaftliche Lösung bereitgestellt wird, die Abhängigkeit von komplexer und kostspieliger Software vermeiden kann. Die Erfindung stellt Vorrichtungen und Verfahren zum Verringern des maximalen Leistungsverlustes in einem Umrichter-Leistungsbauelement bereit, um dadurch seine Hotspot-Temperatur zu verringern, ohne sich nachteilig auf die Umrichterleistungsfähigkeit auszuwirken. Während des Motorverriegelungsbetriebs kann Umrichterstrom in einem einzigen Phasenzweig konzentriert sein, wodurch sich ein Leistungsbauelement erhitzt und zu einer Hotspot-Temperatur führt. Es wird eine PWM-Strategie bereitgestellt, um den Strom von einem Bauelement mit höheren Verlusten auf ein Bauelement mit niedrigeren Verlusten zu verlagern, wodurch die Temperatur in dem Bauelement mit höheren Verlusten verringert wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Referenzspannung auf einen niedrigeren Wert verschoben, wodurch das Tastverhältnis des Umrichters verringert und der Stromfluss durch den oberen und unteren Teil eines Phasenzweigs angemessener ausgeglichen wird. Die Strategie kann ungeachtet der Trägerfrequenz durchgeführt werden, ohne die Trägerfrequenz zu ändern. Eine PWM-Verlustverringerungsstrategie kann PWM-Tastverhältnisse in der Richtung geringerer Gesamtleitungsverluste verschieben. Während des Rotorverriegelungsbetriebs werden Leistungsverluste von den Bauelementen mit den höchsten Leistungsverlusten verlagert, wodurch die Umrichter-Hotspot-Temperatur merklich verringert werden kann. Zum Beispiel kann die Umrichter-Hotspot-Temperatur um etwa 20% verringert werden. Die Verringerung der Umrichter-Hotspot-Temperatur erlaubt eine kleinere Bemessung von Umrichter-Leistungsbauelementen, wodurch die Hardwarekosten verkleinert werden. Bei aktuellen Umrichterentwürfen kann die Implementierung einer Verlustverringerungs-PWM-Strategie die Umrichter-Maximalkapazitäten verbessern. Während normaler Motorantriebsbetriebe, d.h. Nicht-Rotorverriegelungs-Betrieb, kann eine durch Verschieben eines PWM-Modulationssignals implementierte PWM-Verlustverringerungsstrategie die Modulation zum Extrem führen, um zu diskontinuierlicher PWM (DPWM) zu werden, die zusätzlich zu den Leitungsverlusten Schaltverluste minimieren kann.
  • Bezugszeichenliste
  • Fig. 3
    • 314
    UMRICHTER-SCH.
    317
    STEUEREINRICHTUNG
    Fig. 4A
    402
    UMR.-STR.
    404
    STR.-EINR.
    410
    STROM-/SPANNUNGSSTEUERUNG
    420
    SIGNALERZEUGUNGS-MOD.
    412
    STR.-BEF.
    416
    STR.-REG.
    418
    KOORD.-UMR.
    422
    SIG.-STR.
    424
    TRÄG.-SIG.
    426
    MOD.-SIG.
    428
    VERGL.
    432
    STATUS-DET.-MODUL
    434
    STRATEGIE-STEUERUNGSMODUL
    436
    PWM-VERSCHIEBUNGS-SIGNALMODUL
    Fig. 4B
    452
    LEISTUNGSQUELLE
    Fig. 5
    502
    LEISTUNGSQUELLE
    540
    UMRICHTERSTEUEREINHEIT
    Fig. 6
    602
    MOTORVERRIEGELUNGSZUSTAND BESTIMMEN
    604
    PWM-VERLUSTVERRINGERUNGSSTRATEGIE IMPLEMENTIEREN
    606
    NICHT-MOTORVERRIEGELUNGS-ZUSTAND BESTIMMEN
    608
    VERLUSTVERRINGERUNGSSTRATEGIE BEENDEN
    Fig. 7
    702
    VERSCHIEBUNGSSIGNAL VSHIFT BEREITSTELLEN
    704
    VSHIFT ZUM BEREITSTELLEN EINES MODIFIZIERTEN MODULATIONSSIGNALS VERWENDEN
    706
    MODIFIZIERTES MODULATIONSSIGNAL ZUM BEREITSTELLEN DES PWM-ANSTEUERSIGNALS VERWENDEN
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2010/0185350 [0004]

Claims (8)

  1. System, umfassend: eine Umrichterschaltung; und ein Strategiemodul (PSM) für Impulsbreitenmodulation (PWM), das dafür ausgelegt ist, einen Phasenstrom der Umrichterschaltung von einem Bauelement mit höheren Verlusten auf ein Bauelement mit niedrigeren Verlusten zu verlagern.
  2. System nach Anspruch 1, wobei das PSM dafür ausgelegt ist, den Phasenstrom zu verlagern, wenn sich ein mit der Umrichterschaltung gekoppelter Motor in einem rotorverriegelten Zustand befindet.
  3. System nach Anspruch 1, wobei das PSM dafür ausgelegt ist, den Strom von einem IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) eines Phasenzweigs auf eine Diode des Phasenzweigs zu verlagern.
  4. System nach Anspruch 1, wobei das PSM dafür ausgelegt ist, den Strom von einer Diode des Phasenzweigs auf einen IGBT des Phasenzweigs zu verlagern.
  5. System nach Anspruch 1, wobei das PSM dafür ausgelegt ist, ein zum Bereitstellen von PWM-Steuersignalen für die Umrichterschaltung verwendetes Modulationssignal zu modifizieren.
  6. System nach Anspruch 1, wobei das PSM dafür ausgelegt ist, eine zum Bereitstellen eines PWM-Steuersignals für die Umrichterschaltung verwendete PWM-Referenzspannung zu verschieben.
  7. System nach Anspruch 1, wobei die Stromverlagerung von der PWM-Trägerfrequenz unabhängig ist.
  8. System nach Anspruch 1, wobei die Stromverlagerung während eines Nicht-Rotorverriegelungsbetriebs eines mit der Umrichterschaltung gekoppelten Motors durchgeführt wird.
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