DE102015202693A1

DE102015202693A1 - Method for determining the phase current in a multiphase electrical system

Info

Publication number: DE102015202693A1
Application number: DE102015202693.0A
Authority: DE
Inventors: Armin Jerger; Gerhard Knecht
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2015-09-10
Also published as: WO2015132064A2; WO2015132064A3

Abstract

Verfahren zur Ermittlung von Strangströmen (IU, IV, IW) in einem elektrischen Mehrphasensystem, aufweisend die Schritte: – Generieren von pulsweitenmodulierten Schaltsignalen (S1...S6) für Schaltelemente (T1...T6) von Halbbrücken (H1, H2, H3), wobei jeweils erste Schaltelemente (T1, T3, T5) und zweite Schaltelemente (T2, T4, T6) zu einer Halbbrücke (H1...H3) verschaltet sind, wobei zweite Schaltelemente (T2, T4, T6) jeder Halbbrücke (H1, H2, H3) komplementär zu ersten Schaltelementen (T1, T3, T5) jeder Halbbrücke (H1...H3) angesteuert werden, wobei im Fall, dass steigende oder fallende Flanken von wenigstens zwei Schaltsignalen (S1...S3) der ersten Schaltelemente (T1, T3, T5) im Wesentlichen identisch sind, wenigstens ein Schaltsignal (S1...S3) der ersten Schaltelemente (T1, T3, T5) in Relation zu einem im Wesentlichen identisch ausgebildeten weiteren Schaltsignal (S1...S3) der ersten Schaltelemente (T1, T3, T5) in einem Ausmaß derart verschoben wird, dass die Flanken der Schaltsignale (S1...S3) der ersten Schaltelemente (T1, T3, T5) nicht gleichzeitig generiert werden, wobei ein Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer des verschobenen Schaltsignals (S1...S3) im Wesentlichen konstant bleibt; – Wenigstens zweimaliges Messen eines elektrischen Gesamtstroms (I) zu definierten Zeitpunkten (t1, t2), zu denen wenigstens ein Schaltsignal (S1...S3) eines ersten Schaltelements (T1, T3, T5) ein zu wenigstens einem weiteren Schaltsignal (S1...S3) eines weiteren ersten Schaltelements (T1, T3, T5) unterschiedliches elektrisches Potential aufweist; und – Ermitteln der Strangströme (IU, IV, IW) aus dem gemessenen Gesamtstrom (I).Method for determining phase currents (IU, IV, IW) in an electric polyphase system, comprising the steps: - generating pulse width modulated switching signals (S1 ... S6) for switching elements (T1 ... T6) of half bridges (H1, H2, H3 ), wherein in each case first switching elements (T1, T3, T5) and second switching elements (T2, T4, T6) are connected to form a half-bridge (H1 ... H3), wherein second switching elements (T2, T4, T6) of each half-bridge (H1 , H2, H3) complementary to first switching elements (T1, T3, T5) of each half-bridge (H1 ... H3) are driven, wherein in the case that rising or falling edges of at least two switching signals (S1 ... S3) of the first Switching elements (T1, T3, T5) are substantially identical, at least one switching signal (S1 ... S3) of the first switching elements (T1, T3, T5) in relation to a substantially identical formed further switching signal (S1 ... S3) the first switching elements (T1, T3, T5) is displaced to an extent such that the flanks of the Sch alt signals (S1 ... S3) of the first switching elements (T1, T3, T5) are not generated at the same time, with a ratio of duty cycle to switch-off duration of the shifted switching signal (S1 ... S3) remaining substantially constant; - At least two times measuring a total electric current (I) at defined times (t1, t2), to which at least one switching signal (S1 ... S3) of a first switching element (T1, T3, T5) to at least one further switching signal (S1. ..S3) of a further first switching element (T1, T3, T5) has different electrical potential; and - determining the phase currents (IU, IV, IW) from the measured total current (I).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln von Strangströmen in einem elektrischen Mehrphasensystem.The invention relates to a method and a device for determining phase currents in a multi-phase electrical system.

Stand der TechnikState of the art

Für einen Betrieb von elektronisch kommutierten Elektromotoren (EC-Motoren) ist die Kenntnis der Strangströme von eminenter Bedeutung, weil sie die wesentliche Betriebsgröße für den Motorbetrieb darstellen. Die Strangströme werden beispielsweise zu einer Momentenregelung, Geräuschbeeinflussung, Überwachung sowie zu einer sensorlosen Kommutierung der Elektromotoren herangezogen.For the operation of electronically commutated electric motors (EC motors), the knowledge of the phase currents is of eminent importance, because they represent the essential operating variable for motor operation. The phase currents are used for example for torque control, noise control, monitoring and sensorless commutation of the electric motors.

Üblicherweise werden Strangstromsensoren direkt in Reihe mit den Motorsträngen verschaltet, wobei sich einerseits ein hohes Spannungs- bzw. Potentialniveau als ungünstig darstellt und andererseits bei drei Motorsträngen mindestens zwei solcher Strangstromsensoren erforderlich sind.Usually string current sensors are connected directly in series with the motor strings, on the one hand, a high voltage or potential level is unfavorable and on the other hand, at least two such string current sensors are required for three motor strings.

Aus Kraftfahrzeug-Lenkungsanwendungen ist ein Verfahren mit phasenversetzten Einschaltzeiten sowie mit Messeingriffen bei der PWM-Taktung bekannt, um die Strangströme über einen einzelnen Shunt-Widerstand zu bestimmen.From motor vehicle steering applications, a method with phase-shifted on-times as well as measurement interventions in the PWM clocking is known in order to determine the phase currents via a single shunt resistor.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung von Strangströmen in einem elektrischen Mehrphasensystem bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide an improved method for determining phase currents in a polyphase electrical system.

Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einem Verfahren zur Ermittlung von Strangströmen in einem elektrischen Mehrphasensystem, aufweisend die Schritte:

– Generieren von pulsweitenmodulierten Schaltsignalen für erste und zweite Schaltelemente von Halbbrücken, wobei jeweils zwei, insbesondere ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement zu einer Halbbrücke verschaltet ist, wobei Flanken der ersten Schaltsignale unterschiedlicher Schaltelemente nicht gleichzeitig generiert werden, wobei zweite Schaltelemente jeder Halbbrücke komplementär zu ersten Schaltelementen jeder Halbbrücke angesteuert werden, wobei im Fall, dass steigende oder fallende Flanken von wenigstens zwei Schaltsignalen der ersten Schaltelemente im Wesentlichen identisch sind, wenigstens ein Schaltsignal der ersten Schaltelemente in Relation zu einem im Wesentlichen identisch ausgebildeten weiteren Schaltsignal der ersten Schaltelemente in einem Ausmaß derart verschoben wird, dass die Flanken der Schaltsignale der ersten Schaltelemente nicht gleichzeitig generiert werden, wobei ein Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer des verschobenen Schaltsignals im Wesentlichen konstant bleibt;
– Wenigstens zweimaliges Messen eines elektrischen Gesamtstroms zu definierten Zeitpunkten, zu denen wenigstens ein Schaltsignal eines ersten Schaltelements ein zu wenigstens einem weiteren Schaltsignal eines weiteren ersten Schaltelements unterschiedliches elektrisches Potential aufweist; und
– Ermitteln der Strangströme aus dem gemessenen Gesamtstrom

The object is achieved according to a first aspect with a method for determining phase currents in a polyphase electrical system, comprising the steps:

Generating pulse width modulated switching signals for first and second switching elements of half bridges, wherein in each case two, in particular a first switching element and a second switching element is connected to a half bridge, flanks of the first switching signals of different switching elements are not generated simultaneously, wherein second switching elements of each half bridge complementary to at least one switching signal of the first switching elements in relation to a substantially identically designed further switching signal of the first switching elements to an extent is shifted so that the edges of the switching signals of the first switching elements are not generated simultaneously, wherein a ratio of duty cycle to off duration of the shifted switching ignals remains substantially constant;
- At least two times measuring a total electric current at defined times at which at least one switching signal of a first switching element has a different from at least one further switching signal of a further first switching element electrical potential; and
- Determining the phase currents from the measured total current

Aufgrund der dadurch generierten spezifischen Schaltmuster für die Schaltelemente ergeben sich elektrische Spannungsteiler, aus denen sich die Strangströme auf einfache Weise aus dem gemessenen Gesamtstrom ermitteln lassen. Voraussetzung dafür ist lediglich, dass die Tastverhältnisse der Schaltmuster zu definierten Zeiten, zu denen die Gesamtstrommessungen durchgeführt werden, im Wesentlichen in einem definierten Ausmaß unähnlich sind. Dieses Erfordernis kann jedoch von vielen bekannten Mikrocontrollern bereits in einem Normalbetrieb erfüllt werden.Due to the specific switching pattern generated thereby for the switching elements, there are electrical voltage dividers, from which the phase currents can be determined in a simple manner from the measured total current. The only prerequisite is that the duty cycles of the switching pattern at defined times, to which the total current measurements are performed, are substantially dissimilar to a defined extent. However, this requirement can already be met by many known microcontrollers in a normal mode.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einer Vorrichtung zur Ermittlung von Strangströmen in einem elektrischen Mehrphasensystem, aufweisend:

– eine Generierungseinrichtung für pulsweitenmodulierte Schaltsignale für Schaltelemente von Halbbrücken, wobei jeweils erste, insbesondere ein erstes, Schaltelement und zweite, insbesondere ein zweites, Schaltelement zu einer Halbbrücke verschaltet sind, wobei zweite Schaltelemente jeder Halbbrücke komplementär zu ersten Schaltelementen jeder Halbbrücke angesteuert werden, wobei im Fall, dass steigende oder fallende Flanken von wenigstens zwei Schaltsignalen der erste Schaltelement im Wesentlichen identisch sind, wenigstens ein Schaltsignal der ersten Schaltelemente in Relation zu einem im Wesentlichen identisch ausgebildeten weiteren Schaltsignal der ersten Schaltelemente in einem Ausmaß derart verschoben wird, dass die Flanken der Schaltsignale der ersten Schaltelemente nicht gleichzeitig generiert werden, wobei ein Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer des verschobenen Schaltsignals im Wesentlichen konstant bleibt;
– eine Messeinrichtung zum wenigstens zweimaligen physikalischen Messen eines elektrischen Gesamtstroms des Mehrphasensystems; und
– eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Strangströme aus dem gemessenen Gesamtstrom.

According to a second aspect, the object is achieved with a device for determining phase currents in a multiphase electrical system, comprising:

A generation device for pulse-width modulated switching signals for switching elements of half bridges, wherein in each case first, in particular a first switching element and second, in particular a second, switching element are connected to form a half bridge, wherein second switching elements of each half bridge are driven complementarily to first switching elements of each half bridge, wherein in In the event that rising or falling edges of at least two switching signals of the first switching element are substantially identical, at least one switching signal of the first switching elements is shifted in relation to a substantially identical further switching signal of the first switching elements to an extent such that the edges of the switching signals the first switching elements are not generated at the same time, wherein a ratio of duty cycle to off duration of the shifted switching signal remains substantially constant;
- A measuring device for at least two times physically measuring a total electric current of the multi-phase system; and
- A determination device for determining the phase currents from the measured total current.

Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand von Unteransprüchen.Embodiments of the method and the device are the subject of dependent claims.

Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Schaltsignale symmetrisch zu einer Mittenzeit der Schaltsignale ausgebildet werden. Dadurch können die vorgesehenen Strommessungen auf einfache Weise realisiert werden, weil aufgrund der durch die Mittenzentrierung bedingten Unähnlichkeit der Schaltsignale ein erforderlicher Phasenversatz zwischen den Schaltsignalen bereits vorliegt. An embodiment of the method provides that the switching signals are formed symmetrically to a middle time of the switching signals. Thereby, the proposed current measurements can be realized in a simple manner, because due to the centering caused by the dissimilarity of the switching signals a required phase offset between the switching signals already exists.

Vorteilhaft ist, dass in einem Fall, dass steigende oder fallende Flanken von wenigstens zwei Schaltsignalen im Wesentlichen identisch sind, wenigstens ein Schaltsignal in Relation zu einem im Wesentlichen identisch ausgebildeten Schaltsignal in einem Ausmaß derart verschoben wird, dass die Flanken der Schaltsignale unterschiedlicher Schaltelemente nicht gleichzeitig generiert werden, wobei ein Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer des verschobenen Schaltsignals im Wesentlichen konstant bleibt.It is advantageous that in a case that rising or falling edges of at least two switching signals are substantially identical, at least one switching signal is shifted in relation to a substantially identically designed switching signal to such an extent that the edges of the switching signals of different switching elements are not simultaneously are generated, wherein a ratio of duty cycle to off duration of the shifted switching signal remains substantially constant.

Vorteilhaft bedeutet dies, dass das erfindungsgemäße Strommesskonzept auch dann durchgeführt werden kann, wenn die Tastverhältnisse von Schaltsignalen identisch oder sehr ähnlich sind. Eine dazu erforderliche Verschiebung um einen bestimmten erforderlichen Mindestphasenversatz wird in diesem Fall durchgeführt. Der von den Schaltsignalen angesteuerte Elektromotor sollte dies nicht am Tastverhältnis der Schaltsignale erkennen können. Vorteilhaft kann eine große Flexibilität im Verschieben der Schaltsignale realisiert werden, wobei entweder nur ein einzelnes Schaltsignal oder zwei Schaltsignale um jeweils bestimmte zeitliche Beträge verschoben werden.This advantageously means that the current measuring concept according to the invention can also be carried out when the duty cycles of switching signals are identical or very similar. A required shift by a certain required minimum phase offset is performed in this case. The electric motor driven by the switching signals should not be able to recognize this at the duty ratio of the switching signals. Advantageously, a great flexibility in shifting the switching signals can be realized, wherein either only a single switching signal or two switching signals are shifted by respective amounts of time.

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass zwischen den steigenden oder fallenden Flanken der Schaltsignale ein definierter Phasenversatz eingehalten wird. Auf diese Weise ist unterstützt, dass die zur Strangstrombestimmung erforderlichen Strommessungen durchgeführt werden können, wobei steigende Flanken der Schaltsignale zeitlich nicht zu nahe ausgebildet sein dürfen.A further embodiment of the method provides that a defined phase offset is maintained between the rising or falling edges of the switching signals. In this way, it is supported that the current measurements required for the determination of the phase current can be carried out, wherein rising edges of the switching signals must not be too close in time.

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass ein Ausmaß des Phasenversatzes von wenigstens einem der folgenden Parameter abhängt: Einschwingverhalten der Strommessschaltung zwischen Umschaltvorgängen, Prellen der Schaltelemente, Totzeiten der Schaltelemente, Dauer von Messvorgängen. Mit den genannten Parametern wird letztlich ein Abstand zwischen den steigenden Flanken der Schaltsignale spezifiziert, damit die Messungen der Gesamtströme möglich sind. A further embodiment of the method provides that an extent of the phase offset depends on at least one of the following parameters: transient response of the current measuring circuit between switching operations, bouncing of the switching elements, dead times of the switching elements, duration of measuring operations. With the mentioned parameters, a distance between the rising edges of the switching signals is finally specified, so that the measurements of the total currents are possible.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass zusätzlich wenigstens eine Offsetmessung durchgeführt wird, wobei diese Messung zu einem Zeitpunkt durchgeführt wird, bei dem alle Schaltsignale das gleiche elektrische Potential aufweisen. Die genannte Offsetmessung hat dabei den Zweck, eine Nachjustierung bzw. eine Nachkalibrierung der Strommessschaltung durchzuführen, die von Zeit zu Zeit erforderlich ist. Ein Abgleich der Nullstrommessung kommt auf diese Weise einer hochqualitativen Berechnung der Phasenströme zugute. In Schaltszenarien, wo die genannte Offsetmessung nicht möglich ist, kann sie vorteilhaft auch entfallen.According to a further embodiment of the method, it is provided that in addition at least one offset measurement is carried out, wherein this measurement is carried out at a time at which all the switching signals have the same electrical potential. The said offset measurement has the purpose of performing a readjustment or a recalibration of the current measuring circuit, which is required from time to time. An adjustment of the zero-current measurement thus benefits a high-quality calculation of the phase currents. In switching scenarios, where said offset measurement is not possible, it can advantageously also be dispensed with.

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Offsetmessung durchgeführt wird, wenn alle Low-Side-FETs einer Stufe der Halbbrücken entweder gleichzeitig eingeschaltet oder ausgeschaltet sind. Dadurch wird vorteilhaft eine flexible Festlegung eines Zeitpunkts der Durchführung der Offsetmessung bereitgestellt.A further embodiment of the method provides that the offset measurement is carried out when all low-side FETs of one stage of the half-bridges are either switched on or off simultaneously. This advantageously provides a flexible definition of a time of execution of the offset measurement.

Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren. Die Figuren sind vor allem dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen. Gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.The invention will be described in detail below with further features and advantages with reference to several figures. All described or illustrated features, alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency, as well as regardless of their formulation or representation in the description or in the figures. The figures are primarily intended to illustrate the principles essential to the invention. Identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

In den Figuren zeigt:In the figures shows:

1 eine prinzipielle Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention;

2 ein prinzipielles Zeitdiagramm mit einem Schaltmuster von Schaltsignalen, die für eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden; 2 a principle timing diagram with a switching pattern of switching signals, which are used for an embodiment of the method according to the invention;

3 eine prinzipielles Zeitdiagramm mit einem Schaltmuster von Schaltsignalen, bei denen eine Phasenverschiebung durchzuführen ist; 3 a principle timing diagram with a switching pattern of switching signals in which a phase shift is performed;

4 das Schaltmuster von 3 nach erfolgter Phasenverschiebung von zwei Schaltsignalen; und 4 the switching pattern of 3 after the phase shift of two switching signals; and

5 ein prinzipielles Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 5 a schematic flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 100 zur Ermittlung von Strangströmen in einem elektrischen Mehrphasensystem. Vorgesehen sind drei Halbbrücken H1, H2 und H3, welche jeweils aus zwei Schaltelementen (beispielsweise Feldeffekttransistoren, FETs) T1 bis T6 ausgebildet sind. Die erste Halbbrücke H1 umfasst dabei die Schaltelemente T1 (High-Side FET) und T2 (Low-Side-FET). Die zweite Halbbrücke H2 umfasst die Schaltelemente T3 (High-Side-FET) und T4 (Low-Side-FET). Die dritte Halbbrücke H3 umfasst die Schaltelemente T5 (High-Side-FET) und T6 (Low-Side-FET). Ein Zwischenkreiskondensator C_Z ist vorgesehen, um die elektrische Versorgungsspannung zu stabilisieren. 1 shows a block diagram of a first embodiment of a device 100 for determining phase currents in an electrical Multiphase system. Provided are three half bridges H1, H2 and H3, which are each formed of two switching elements (for example, field effect transistors, FETs) T1 to T6. The first half-bridge H1 comprises the switching elements T1 (high-side FET) and T2 (low-side FET). The second half-bridge H2 comprises the switching elements T3 (high-side FET) and T4 (low-side FET). The third half-bridge H3 comprises the switching elements T5 (high-side FET) and T6 (low-side FET). An intermediate circuit capacitor C _Z is provided to stabilize the electrical supply voltage.

Vorgesehen ist weiterhin ein Messwiderstand 10, der beispielsweise als ein Shuntwiderstand in einem Rückleiter des Dreiphasensystems U, V, W zur Messung eines Gesamtstroms I angeordnet ist. Eine elektronische Steuerungseinrichtung 20 stellt Schaltmuster für sämtliche Schaltelemente T1 bis T6 der Halbbrücken H1 bis H3 bereit.Furthermore, a measuring resistor is provided 10 For example, which is arranged as a shunt resistor in a return conductor of the three-phase system U, V, W for measuring a total current I. An electronic control device 20 provides switching patterns for all switching elements T1 to T6 of the half-bridges H1 to H3.

Die Vorrichtung 100 weist erste Schaltelemente T1, T3, T5 und zweite Schaltelement T2, T4, T6 auf. Die ersten Schaltelemente T1, T3, T5 bilden die High-Side-Schalter der Halbbrücken H1, H2, H3. Die Schaltelemente T2, T4, T6 bilden die Low-Side-Schalter der Halbbrücken H1, H2, H3.The device 100 has first switching elements T1, T3, T5 and second switching element T2, T4, T6. The first switching elements T1, T3, T5 form the high-side switches of the half-bridges H1, H2, H3. The switching elements T2, T4, T6 form the low-side switches of the half-bridges H1, H2, H3.

Die Vorrichtung 100 ist an Verbindungspunkten der High-Side-Schalter T1, T3, T5 mit den Low-Side-Schaltern T2, T4, T6 mit drei Strängen des Dreiphasensystems U, V, W verschaltet. Durch die Phasen U, V, W fließen die drei Strangströme I_U, I_V und I_W. Alternativ kann das Dreiphasensystem U, V, W auch in einer Dreieckschaltung verschaltet sein (nicht dargestellt). The device 100 is connected at connection points of the high-side switches T1, T3, T5 with the low-side switches T2, T4, T6 with three strings of the three-phase system U, V, W. Through the phases U, V, W, the three phase currents I _U , I _V and I _W flow. Alternatively, the three-phase system U, V, W can also be connected in a delta connection (not shown).

Aufgrund der Stromsumme Null aller Strangströme bei Stern- und Dreieckschaltung des Elektromotors reicht die Ermittlung von zwei Strangströmen I_U, I_V, I_W aus. Dazu kann prinzipiell der Brückenstrom bzw. Gesamtstrom I im Masse- oder im Versorgungspfad des Dreiphasensystems gemessen werden. Die einzelnen Ströme sind während des Taktens der dargestellten B6-Endstufe zuerst als Einzelstrom und danach als Summe des ersten Stroms und eines weiteren Stroms im Gesamtstrom I vorhanden, so dass innerhalb einer PWM-Periode mindestens zwei messtechnische Gesamtstromerfassungen notwendig sind. Insofern sollten die Messungen PWM-synchron und eine Aufbereitung der Signale mit hoher Dynamik durchgeführt werden. Auf diese Weise kann mittels der Rechnereinrichtung 21 der Steuerungseinrichtung 20 eine Rekonstruktion der drei Strangströme erfolgen.Due to the zero current sum of all phase currents in star and delta connection of the electric motor, the determination of two phase currents I _U , I _V , I _{W is} sufficient. In principle, the bridge current or total current I in the ground or in the supply path of the three-phase system can be measured for this purpose. The individual currents are present during the clocking of the illustrated B6 output stage first as a single current and then as a sum of the first current and a further current in the total current I, so that within a PWM period at least two metrological total current detections are necessary. In this respect the measurements should be carried out PWM-synchronous and a conditioning of the signals with high dynamics. In this way, by means of the computer device 21 the control device 20 a reconstruction of the three string currents take place.

2 zeigt ein Schaltmuster von Schaltsignalen, die für eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Ermittlung der Strangströme verwendbar sind. Erkennbar sind drei zeitliche Verläufe von Schaltsignalen S1, S2 und S3, mit denen die High-Side-Schaltelemente T1, T3 und T5 angesteuert werden. Die Schaltsignale S1, S2 und S3 sind als pulsweitenmodulierte Signale (PWM-Signale) ausgebildet, wobei die Schaltzeiten der Schaltsignale an einer gedachten fiktiven Mittenzeit t_M symmetrisch ausgerichtet sind („mittenzentrierte Pulsweitenmodulation“). Gemäß einer Ausführungsform wird mit dem Schaltsignal S1 insbesondere das High-Side-Schaltelemente T1, mit dem Schaltsignal S2 insbesondere das High-Side-Schaltelemente T3, mit dem Schaltsignal S3 insbesondere das High-Side-Schaltelemente T5, mit dem Schaltsignal S4 das Low-Side-Schaltelemente T2, mit dem Schaltsignal S5 das Low-Side-Schaltelemente T4 und mit dem Schaltsignal S6 das Low-Side-Schaltelemente T6 angesteuert. 2 FIG. 12 shows a switching pattern of switching signals usable for an embodiment of a method for detecting the phase currents. FIG. Recognizable are three time profiles of switching signals S1, S2 and S3, with which the high-side switching elements T1, T3 and T5 are controlled. The switching signals S1, S2 and S3 are formed as pulse-width-modulated signals (PWM signals), wherein the switching times of the switching signals at an imaginary fictitious center time t _M are aligned symmetrically ("center-centered pulse width modulation"). In particular, the high-side switching elements T1, in particular the high-side switching elements T3, with the switching signal S3, in particular the high-side switching elements T5, with the switching signal S4, the low-side switching elements T3 with the switching signal S1. Side switching elements T2, with the switching signal S5, the low-side switching elements T4 and driven with the switching signal S6, the low-side switching elements T6.

Zu einem Zeitpunkt t₁ wird eine erste Gesamtstrommessung vorgenommen, wobei zu diesem Zeitpunkt das erste Schaltelement T1 durchgeschaltet und die beiden anderen Schaltelemente T3 und T5 ausgeschaltet bzw. gesperrt sind. Nicht dargestellt ist ein Schaltmuster der Low-Side-Schaltelemente T2, T4 und T6, die jeweils komplementär zu den entsprechenden Schaltelementen T1, T3 und T5 der High-Side-Stufe der Halbbrücken H1, H2, H3 angesteuert werden. In einem weiteren Zeitpunkt t₂ wird eine weitere Gesamtstrommessung vorgenommen, wobei zu diesem Zeitpunkt das erste Schaltelement T1 und ein zweites Schaltelement T3 durchgeschaltet und das Schaltelement T5 ausgeschaltet bzw. gesperrt ist.At a time t ₁ , a first total current measurement is made, at which time the first switching element T1 is turned on and the two other switching elements T3 and T5 are turned off or blocked. Not shown is a switching pattern of the low-side switching elements T2, T4 and T6, which are each controlled complementary to the corresponding switching elements T1, T3 and T5 of the high-side stage of the half-bridges H1, H2, H3. In a further time t ₂ , a further total current measurement is performed, at which time the first switching element T1 and a second switching element T3 are switched through and the switching element T5 is switched off or blocked.

Aus den gemessenen Gesamtströmen kann nunmehr aufgrund der Tatsache, dass mit den angesteuerten Schaltelementen T1–T6, die mit den Schaltsignalen S1–S6 angesteuert werden, definierte elektrische Spannungsteiler realisiert werden, auf die Strangströme I_U, I_V und I_W geschlossen bzw. können die Strangströme I_U, I_V und I_W rechnerisch ermittelt werden. Eine Durchführung dieser Berechnung wird von der in der Steuerungseinrichtung 20 angeordneten Rechnereinrichtung 21, beispielsweise einem Mikrocontroller, durchgeführt.From the measured total currents can now be due to the fact that with the controlled switching elements T1-T6, which are controlled by the switching signals S1-S6, defined electrical voltage divider can be realized, the phase currents I _U , I _V and I _W closed or can the phase currents I _U , I _V and I _{W are} determined by calculation. An implementation of this calculation is performed by the control unit 20 arranged computer device 21 , For example, a microcontroller performed.

Vorzugsweise werden die steigenden Flanken der drei Schaltsignale S1 bis S3 in zeitlicher Hinsicht vor der Mittenzeit t_M generiert, was aus einer Topologie von Timern (nicht dargestellt) der Rechnereinrichtung 21 resultiert, die aufgrund von spezifischen Zählcharakteristika die steigenden Flanken der Schaltsignale S1, S2, S3 nur vor der Mittenzeit t_M generieren.Preferably, the rising edges of the three switching signals S1 to S3 are generated in terms of time before the middle time t _M , which results from a topology of timers (not shown) of the computer device 21 results that generate due to specific counting characteristics, the rising edges of the switching signals S1, S2, S3 only before the middle time t _M.

Vorzugsweise werden die fallenden Flanken der drei Schaltsignale S1 bis S3 in zeitlicher Hinsicht nach der Mittenzeit t_M generiert, was ebenfalls aus einer Topologie der Timer der Rechnereinrichtung 21 resultiert, die aufgrund von spezifischen Zählcharakteristika die fallenden Flanken der Schaltsignale S1, S2, S3 nur nach der Mittenzeit t_M generieren.Preferably, the falling edges of the three switching signals S1 to S3 are generated in terms of time after the middle time t _M , which is also a topology of the timer of the computer device 21 results that generate the falling edges of the switching signals S1, S2, S3 only after the middle time t _M due to specific counting characteristics.

Von Zeit zu Zeit ist es zu definierten Zeitpunkten t_Off günstig, eine so genannte „Offsetmessung“ durchzuführen, wobei in diesem Fall alle Schaltelemente T1, T3, T5 einer Stufe der B6-Brückenschaltung durchgeschaltet oder gesperrt sein sollten. Erforderlich ist die genannte Offsetmessung zum Zwecke einer Nachkalibrierung bzw. Nachjustierung der beschriebenen Strommessschaltung. Möglich ist die Messung des Offsetstroms somit immer dann, wenn alle drei Low-Side-FETs T2, T4, T6 ausgeschaltet (und somit alle drei High-Side-FETs T1, T3, T5 eingeschaltet) oder alle drei Low-Side-FETs T2, T4, T6 eingeschaltet (und somit alle drei High-Side-FETs T1, T3, T5 ausgeschaltet) sind. From time to time, it is favorable at defined times t _{Off to} carry out a so-called "offset measurement", in which case all switching elements T1, T3, T5 of a stage of the B6 bridge circuit should be turned on or off. Required is the said offset measurement for the purpose of recalibration or readjustment of the described current measuring circuit. It is therefore possible to measure the offset current whenever all three low-side FETs T2, T4, T6 are switched off (and thus all three high-side FETs T1, T3, T5 are switched on) or all three low-side FETs T2 , T4, T6 are turned on (and thus all three high-side FETs T1, T3, T5 are off).

2 zeigt ein Schaltmuster, welches von einer Standardfunktionalität eines Timers der Rechnereinrichtung 21 bereitgestellt werden kann, die eine Ausbildung der steigenden Flanken der Schaltsignale für die Schaltelemente T1, T3 und T5 zu unterschiedlichen Zeiten ermöglicht. Bei jeder Mittenzeit t_M können auf diese Weise alle drei Strangströme I_U, I_V, I_W aus dem Gesamtstrom I rekonstruiert werden. 2 shows a switching pattern, which of a standard functionality of a timer of the computer device 21 can be provided, which allows a formation of the rising edges of the switching signals for the switching elements T1, T3 and T5 at different times. At each center time t _M , all three phase currents I _U , I _V , I _W can be reconstructed from the total current I in this way.

Es ist jedoch auch möglich, dass Schaltmuster steigende oder fallende Flanken aufweisen, die im Wesentlichen zugleich oder zumindest sehr zeitnah auftreten (nicht dargestellt). In diesem Fall ist vorgesehen, dass zu einer Durchführung der Gesamtstrommessung die steigenden oder die fallenden Flanken der Schaltsignale S1, S2, S3 derart verschoben werden, dass diese nicht mehr zeitgleich auftreten. Dabei kann ein gesamtes Schaltsignal S1, S2, S3 zeitlich jeweils nach vorne oder zeitlich nach hinten verschoben werden. Ebenso denkbar ist, dass die Verschiebung zwei Schaltsignale S1, S2, S3 betrifft, die dann jeweils in vermindertem Ausmaß gegeneinander verschoben werden, sodass der erforderliche Phasenversatz bereitgestellt wird.However, it is also possible that switching patterns have rising or falling edges, which occur substantially simultaneously or at least very quickly (not shown). In this case, it is provided that to perform the total current measurement, the rising or falling edges of the switching signals S1, S2, S3 are shifted in such a way that they no longer occur at the same time. In this case, an entire switching signal S1, S2, S3 can be shifted in time forward or backward in time. It is also conceivable that the displacement relates to two switching signals S1, S2, S3, which are then shifted against each other to a reduced extent, so that the required phase offset is provided.

Wichtig ist, dass die steigenden oder fallenden Flanken der Schaltsignale S1, S2, S3 zueinander einen gewissen Mindestphasenversatz P_V aufweisen, der es ermöglicht, die vorgesehene Strommessung durchzuführen. Ein Ausmaß des genannten Phasenversatzes P_V ist von spezifischen Schaltungscharakteristika, wie z.B. einem Prellen der Schaltelemente T1–T6, einem Schaltverhalten von ADC-Wandlern, um einen Wert stabil einzulesen, einem zeitlichen Betriebsverhalten der Timer, usw. abhängig.It is important that the rising or falling edges of the switching signals S1, S2, S3 to each other have a certain minimum phase offset P _V , which makes it possible to perform the intended current measurement. An amount of said phase offset P _V is dependent on specific circuit characteristics such as bouncing of switching elements T1-T6, switching behavior of ADC converters to stably input a value, timings of timers, etc.

Im Ergebnis soll gewährleistet sein, dass sich für das Schaltmuster des Elektromotors durch die genannte Verschiebung keine Änderung ergibt, so dass eine negative Auswirkung auf ein Betriebsverhalten des Elektromotors weitgehend vermieden wird.As a result, it should be ensured that there is no change for the switching pattern of the electric motor due to the said displacement, so that a negative effect on a performance of the electric motor is largely avoided.

Eine mittenzentrierte PWM-Taktung (engl. center aligned) ist bei vielen Controllern als eine Hardware implementiert, so dass der beschriebene Phasenversatz relativ einfach realisierbar ist.Center-centered PWM (center-aligned) clocking is implemented as hardware in many controllers, so that the phase offset described is relatively easy to implement.

Die mittenzentrierte phasenverschobene PWM-Taktung ermöglicht keine exakt vorgebbaren bzw. reproduzierbaren zeitlichen Abstände der rekonstruierten Strangströme. Dadurch ergibt sich ein zeitlicher Versatz (engl. Jitter) der rekonstruierten Strangströme aufgrund der unterschiedlichen Tastverhältnisse bzw. Messzeitpunkte während der PWM-Periode, weil die Tastverhältnisse sich oftmals ändern können. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass der genannte zeitliche Versatz der rekonstruierten Strangströme in der Praxis unproblematisch ist.The center-centered phase-shifted PWM clocking does not allow exactly predeterminable or reproducible time intervals of the reconstructed phase currents. This results in a temporal offset (English jitter) of the reconstructed phase currents due to the different duty cycles or measurement times during the PWM period, because the duty cycles can often change. However, it has been found that the said time offset of the reconstructed strand currents is unproblematic in practice.

Alle Einschaltzeitpunkte bzw. steigende Flanken der Schaltsignale S1, S2 und S3 liegen vor der Mittenzeit t_M, was für ein Betriebsverhalten eines Dreiecksgenerators (nicht dargestellt) der Rechnereinrichtung 21 zur PWM-Generierung günstig ist.All turn-on or rising edges of the switching signals S1, S2 and S3 are before the middle time t _M , which is for a performance of a triangular generator (not shown) of the computer device 21 is favorable for PWM generation.

Alle Ausschaltzeitpunkte bzw. fallende Flanken der Schaltsignale S1, S2 und S3 liegen nach der Mittenzeit t_M, was für ein Betriebsverhalten des Dreiecksgenerators der Rechnereinrichtung 21 zur PWM-Generierung günstig ist.All off times or falling edges of the switching signals S1, S2 and S3 are after the middle time t _M , which is for a performance of the triangular generator of the computer device 21 is favorable for PWM generation.

3 zeigt ein Schaltmuster der Schaltsignale S1, S2, S3 für die Schaltelemente T1, T3 und T5 der Halbbrücken H1, H2, H3, bei denen die Schaltsignale S2 und S3 im Beobachtungszeitraum im Wesentlichen gleichzeitige Flanken aufweisen. Dadurch ist in diesem Fall eine zweite Strommessung nicht möglich, so dass nunmehr vorgesehen ist, eine Phasenverschiebung zwischen dem zweiten Schaltsignal S2 und dem dritten Schaltsignal S3 durchzuführen. Man erkennt, dass im Schaltmuster von 3 eine mittenzentrierte PWM vorliegt, weil der Mittenzeitpunkt der drei Schaltsignale S1, S2 und S3 eine gemeinsame Mittenzeit t_M aufweist. 3 shows a switching pattern of the switching signals S1, S2, S3 for the switching elements T1, T3 and T5 of the half-bridges H1, H2, H3, in which the switching signals S2 and S3 have substantially simultaneous edges in the observation period. As a result, a second current measurement is not possible in this case, so that it is now provided to perform a phase shift between the second switching signal S2 and the third switching signal S3. It can be seen that in the switching pattern of 3 a center-centered PWM is present because the middle time point of the three switching signals S1, S2 and S3 has a common center time t _M.

Es kann auch sein, dass eine Phasenverschiebung zwischen Schaltsignalen deshalb erforderlich ist, weil die steigenden oder fallenden Flanken der beiden Schaltsignale einen gewissen Mindestphasenversatz unterschreiten, so dass eine Strommessung nicht möglich ist (nicht dargestellt).It may also be that a phase shift between switching signals is required because the rising or falling edges of the two switching signals fall below a certain minimum phase offset, so that a current measurement is not possible (not shown).

4 zeigt ein vom Schaltmuster von 3 ausgehendes Schaltmuster nach erfolgter Phasenverschiebung. Man erkennt, dass das zweite Schaltsignal S2 im Vergleich zu 3 um einen definierten zeitlichen Betrag nach links und das dritte Schaltsignal S3 um einen definierten zeitlichen Betrag nach rechts verschoben wurde, so dass nunmehr wiederum zum Zeitpunkt t₂ eine zweite Strommessung durchgeführt werden kann. Ein Verhältnis von Low-Zeit zu High-Zeit des zweiten Schaltsignals S2 und des dritten Schaltsignals S3 ist von der genannten Phasenverschiebung nicht betroffen. Obwohl im Falle von 4 die zwei Schaltsignale S2 und S3 verschoben wurde, versteht es sich von selbst, dass zum Zwecke eines Einstellens eines Phasenversatzes P_V zwischen den Schaltsignalen S2 und S3 auch ein einzelnes der Schaltsignale S2 oder S3 zeitlich verschoben werden kann, wobei das betroffene Schaltsignal S2, S3 dann in entsprechend größerem Ausmaß verschoben werden müsste (nicht dargestellt). 4 shows a from the switching pattern of 3 outgoing switching pattern after phase shift. It can be seen that the second switching signal S2 compared to 3 by a defined amount of time to the left and the third switching signal S3 has been shifted by a defined amount to the right, so that now again at time t _2, a second current measurement can be performed. A ratio of low-time to high-time of the second switching signal S2 and the third switching signal S3 is not affected by said phase shift. Although in the Trap of 4 the two switching signals S2 and S3 has been shifted, it goes without saying that for the purpose of adjusting a phase offset P _V between the switching signals S2 and S3 and a single of the switching signals S2 or S3 can be shifted in time, wherein the affected switching signal S2, S3 then would have to be moved in a correspondingly larger extent (not shown).

Im Fall des Schaltmusters von 4, bei dem die beiden Schaltsignale S2, S3 in entgegengesetzte Richtungen verschoben wurden, liegt für die Schaltsignale S2 und S3 somit keine Mittenzentrierung mehr vor, weil die Flanken des zweiten Schaltsignals S2 nach links, und die Flanken des dritten Schaltsignals S3 nach rechts verschoben wurden, wodurch keine symmetrische Ausrichtung an einer gemeinsamen Mittenzeit t_M mehr vorliegt. Auf diese Weise ist jetzt im Gegensatz zum Schaltmuster von 3 eine zweite Strommessung zum Zeitpunkt t₂ möglich, so dass die Strangströme aus den Gesamtstrommessungen rekonstruierbar sind.In the case of the switching pattern of 4 in which the two switching signals S2, S3 have been shifted in opposite directions, centering is no longer present for the switching signals S2 and S3 because the edges of the second switching signal S2 have been shifted to the left, and the edges of the third switching signal S3 have been shifted to the right, whereby no symmetrical alignment at a common center time t _M longer exists. In this way is now in contrast to the switching pattern of 3 a second current measurement at time t ₂ possible, so that the phase currents can be reconstructed from the total current measurements.

In einer nicht in Figuren dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die auf flankengetriggerten (engl. edge-aligned) Ansteuerverfahren basieren, in denen die steigenden Flanken im Wesentlichen gleichzeitig ausgebildet sind, muss jedes einzelne Schaltsignal gegeneinander verschoben werden, um die erfindungsgemäß erforderlichen Gesamtstrommessungen zu ermöglichen.In an embodiment of the method according to the invention, not shown in FIGS., Which are based on edge-triggered driving methods in which the rising edges are formed essentially simultaneously, each individual switching signal must be shifted relative to one another in order to enable the total current measurements required according to the invention ,

Man erkennt, dass im Falle einer mittenzentrierten PWM oftmals gar keine Phasenverschiebungen zwischen den einzelnen Schaltsignalen S1, S2, S3 erforderlich sind.It can be seen that in the case of a center-centered PWM often no phase shifts between the individual switching signals S1, S2, S3 are required.

Besonders vorteilhaft ist das Verfahren bei einer Sinusmodulation der erzeugten Motor-Klemmenspannung anwendbar, da in diesem Fall eine lückenlose Messung bis zu 100 % Tastgrad der Pulsweitenmodulation möglich ist. Ermöglicht wird dies dadurch, dass aufgrund der Phasenverschiebungen von 120° die ansteuernden Schaltsignale derart unähnlich sind, dass die Strommessungen auch ohne zusätzliche Phasenverschiebungen zwischen den Schaltsignalen oftmals möglich sind.Particularly advantageously, the method is applicable to a sine modulation of the generated motor terminal voltage, since in this case a gapless measurement up to 100% duty cycle of the pulse width modulation is possible. This is made possible by the fact that due to the phase shifts of 120 °, the driving switching signals are so dissimilar that the current measurements are often possible without additional phase shifts between the switching signals.

5 zeigt einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 5 shows a basic sequence of an embodiment of the method according to the invention.

In einem ersten Schritt 201 wird ein Generieren von pulsweitenmodulierten Schaltsignalen S1–S6 für Schaltelemente T1–T6 von Halbbrücken H1, H2, H3 durchgeführt, wobei jeweils zwei der Schaltelemente T1–T6 zu einer Halbbrücke H1–H3 verschaltet sind, wobei Flanken der Schaltsignale S1–S6 unterschiedlicher Schaltelemente T1–T6 nicht gleichzeitig generiert werden, wobei zweite Schaltelemente T2, T4, T6 jeder Halbbrücke H1, H2, H3 komplementär zu ersten Schaltelementen T1, T3, T5 jeder Halbbrücke H1–H3 angesteuert werden.In a first step 201 a generation of pulse width modulated switching signals S1-S6 for switching elements T1-T6 of half-bridges H1, H2, H3 is performed, each two of the switching elements T1-T6 are connected to form a half-bridge H1-H3, flanks of the switching signals S1-S6 different switching elements T1 -T6 are not generated simultaneously, wherein second switching elements T2, T4, T6 each half-bridge H1, H2, H3 are complementary to the first switching elements T1, T3, T5 each half-bridge H1-H3 driven.

In einem zweiten Schritt 202 wird ein wenigstens zweimaliges Messen eines elektrischen Gesamtstroms I zu definierten Zeitpunkten t₁, t₂ durchgeführt, zu denen wenigstens ein Schaltsignal S1–S3 eines Schaltelements T1, T3, T5 ein zu wenigstens einem weiteren Schaltsignal S1–S3 eines weiteren Schaltelements T1, T3, T5 unterschiedliches elektrisches Potential aufweist.In a second step 202 is at least two times measuring a total electric current I at defined times t ₁ , t ₂ performed, to which at least one switching signal S1-S3 of a switching element T1, T3, T5 to at least one further switching signal S1-S3 of another switching element T1, T3, T5 has different electrical potential.

Schließlich wird in einem dritten Schritt 203 ein Ermitteln der Strangströme I_U, I_V, I_W aus dem gemessenen Gesamtstrom I durchgeführt. Finally, in a third step 203 determining the phase currents I _U , I _V , I _W carried out from the measured total current I.

Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung ein einfaches Verfahren zum Ermitteln von Strangströmen eines elektrischen Mehrphasensystems vorgeschlagen. Dabei werden wenigstens zwei messtechnische Gesamtstrommessungen durchgeführt, die für eine Rekonstruktion der Strangströme verwendet werden.In summary, the present invention proposes a simple method for determining phase currents of a multiphase electrical system. At least two metrological total current measurements are carried out, which are used for a reconstruction of the phase currents.

Es ergibt sich eine Strangstrombestimmung mittels mittenzentrierter PWM mit kombiniertem Phasenversatz nur dann, wenn dieser aufgrund von identischen oder zu ähnlichen Schaltsignalen notwendig ist. Echtzeitansprüche an die Rechnereinrichtung werden dadurch reduziert, wodurch vorteilhaft eine Belastung der Rechnereinrichtung geringer ausfallen kann. Die Strangströme können jeweils nach Auswertung der Strommesswerte von aufeinanderfolgenden PWM-Perioden aktualisiert werden.This results in a strand current determination by means of center-centered PWM combined phase offset only when it is necessary because of identical or similar switching signals. Real-time demands on the computer device are thereby reduced, whereby advantageously a load on the computer device can be lower. The phase currents can each be updated after evaluation of the current measured values of successive PWM periods.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit kostengünstigen herkömmlichen Mikrocontrollern realisierbar, weil diese in der Regel zeitlich versetzte Schaltsignale für Schaltelemente bereitstellen.The method according to the invention can be implemented with cost-effective conventional microcontrollers because they generally provide time-shifted switching signals for switching elements.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für eine Sinusmodulation der erzeugten Motor-Klemmenspannungen, weil damit eine lückenlose Messung bis zu 100% Tastgrad möglich ist.The method according to the invention is particularly suitable for sinusoidal modulation of the generated motor terminal voltages, because a complete measurement of up to 100% duty cycle is thus possible.

Vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen in Software implementiert werden. Auf diese Weise ist eine einfache und schnelle Modifizierbarkeit unterstützt.Advantageously, the method according to the invention can essentially be implemented in software. In this way a simple and fast modifiability is supported.

Obwohl die Erfindung anhand eines Dreiphasensystems beschrieben wurde, versteht es sich von selbst, dass die Erfindung auch für Mehrphasensysteme mit mehr als drei Phasen verwendet werden kann. Der Fachmann wird also die beschriebenen Merkmale in geeigneter Weise abändern und/oder miteinander kombinieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.Although the invention has been described in terms of a three-phase system, it will be understood that the invention can be used also for multi-phase systems having more than three phases. The person skilled in the art will therefore suitably modify and / or combine the features described without deviating from the essence of the invention.

Die Ermittlung der durch den elektrischen Motor fließenden Strangströme erfolgt durch die Messung des Gesamtstroms zum Zeitpunkt t₁ und des Gesamtstroms zum Zeitpunkt t₂. Die Messung des Gesamtstroms erfolgt durch den Shunt Widerstand 10, der insbesondere in einer Versorgungsleitung angeordnet ist. Zum Zeitpunkt t₁ ist einer der Stränge U, V, W mit dem hohen Potential und die anderen beiden Stränge sind mit dem niedrigen Potential verbunden. Der gemessene Gesamtstrom entspricht aufgrund der Knotenregel dem Strom des Stranges welcher mit dem hohen Potential verbunden ist. Zum Zeitpunkt t₂ sind zwei der Stränge U, V, W mit dem hohen Potential und der dritte Strang ist mit dem niedrigen Potential verbunden. Der Gesamtstrom entspricht aufgrund der Knotenregel dem negativen Strom des Stranges welcher mit dem niedrigen Potential verbunden ist. Der Betrag des Gesamtstroms entspricht aufgrund der Knotenregel dem Strom des Stranges welcher mit dem niedrigen Potential verbunden ist. Die Strangströme I_U, I_V, I_W werden, insbesondere aus den zum Zeitpunkt t₁ und den zum Zeitpunkt t₂ ermittelten Gesamtstromwerte ermittelt, bzw. berechnet. Die Strangströme können wie folgt bestimmt werden: I_{ersterStrangstrom}: = Gesamtstrom zum Zeitpunkt t₁ I_{zweiterStrangstrom}: = –Gesamtstrom zum Zeitpunkt t₂ I_{dritterStrangstrom}: = Gesamtstrom zum Zeitpunkt t₂ – Gesamtstrom zum Zeitpunkt t₁ (Gleichungen 1) The determination of the current flowing through the electric motor strand currents is carried out by measuring the total current at time t ₁ and the total current at time t ₂ . The total current is measured by the shunt resistor 10 which is arranged in particular in a supply line. At time t ₁ , one of the strands U, V, W is at the high potential and the other two strands are connected to the low potential. The measured total current corresponds due to the node rule the current of the strand which is connected to the high potential. At time t ₂ , two of the high potentials are U, V, W and the third is connected to the low potential. The total current corresponds due to the node rule the negative current of the strand which is connected to the low potential. The amount of the total current corresponds due to the node rule the current of the strand which is connected to the low potential. The strand currents I _U, I _V, I _W are, in particular from the time t ₁ and determines the time t ₂ determined total current values, or calculated. The strand currents can be determined as follows: I first- _{stage current} : = total current at time t ₁ I _{second-stage current} : = total current at time t ₂ I _{third-stage current} : = total current at time t ₂ - total current at time t ₁ (equations 1)

Der erste Strangstrom entspricht einem der Strangströme I_U, I_V, I_W. Der zweite und dritte Strangstrom entspricht entsprechend einem der weiteren Strangströme I_U, I_V, I_W. Die Zuordnung der Strangströme zu den I_{ersterStrangstrom}, I_{zweiterStrangstrom} und I_{dritterStrangstrom} erfolgt durch die Kenntnis der durchgeschalteten Schaltelemente zum Zeitpunkt der Messung.The first phase current corresponds to one of the phase currents I _U , I _V , I _W. The second and third phase current corresponds to one of the further phase currents I _U , I _V , I _W. The assignment of the _phase currents to the first _current I, _{second current} and _{third current} is effected by the knowledge of the switched-through switching elements at the time of the measurement.

Beispielsweise wird zum Zeitpunkt t₁ eine erste Gesamtstrommessung vorgenommen, wobei zu diesem Zeitpunkt das erste Schaltelement T1 durchgeschaltet und die beiden anderen Schaltelemente T3 und T5 ausgeschaltet bzw. gesperrt sind. Nicht dargestellt ist ein Schaltmuster der Low-Side-Schaltelemente T2, T4 und T6, die jeweils komplementär zu den entsprechenden Schaltelementen T1, T3 und T5 der High-Side-Stufe der Halbbrücken H1, H2, H3 angesteuert werden. Der ermittelte Gesamtstrom entspricht dem Strangstrom I_U des Strangs U. In einem weiteren Zeitpunkt t₂ wird eine weitere Gesamtstrommessung vorgenommen, wobei zu diesem Zeitpunkt das erste Schaltelement T1 und ein zweites Schaltelement T3 durchgeschaltet und das Schaltelement T5 ausgeschaltet bzw. gesperrt ist. Der Betrag des ermittelten Gesamtstroms entspricht dem Strangstrom I_W des Strangs W. Anschließend kann der Strangstrom I_V durch die Subtraktion des Strangstroms I_W von dem Strangstrom I_U ermittelt werden.For example, a first total current measurement is made at the time t ₁ , at which time the first switching element T1 is turned on and the other two switching elements T3 and T5 are switched off or blocked. Not shown is a switching pattern of the low-side switching elements T2, T4 and T6, which are each controlled complementary to the corresponding switching elements T1, T3 and T5 of the high-side stage of the half-bridges H1, H2, H3. The determined total current corresponds to the phase current I _{U of} the strand U. In a further time t ₂ , a further total current measurement is made, at which time the first switching element T1 and a second switching element T3 are turned on and the switching element T5 is turned off or blocked. The absolute value of the determined total current corresponds to the phase current I _{W of} the line W. Subsequently, the phase current I _{V can be} determined by the subtraction of the phase current I _W from the phase current I _U.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann zusätzlich der Gesamtstrom zum Zeitpunkt t_Off bestimmt werden, während alle drei Stränge U, V, W mit dem gleichen Potential, insbesondere dem hohen oder dem niedrigen Potential, verbunden sind. Der Gesamtstrom zum Zeitpunkt t_Off wird als Versatz oder Offset bezeichnet. Die drei Strangströme I_U, I_V, I_W können dann wie folgt bestimmt werden: I_{ersterStrangstrom}: = Gesamtstrom zum Zeitpunkt t₁ Gesamtstrom zum Zeitpunkt t_off I_{zweiterStrangstrom}: = Gesamtstrom zum Zeitpunkt t_off – Gesamtstrom zum Zeitpunkt t₂ I_{dritterStrangstrom}: = Gesamtstrom zum Zeitpunkt t₂ – Gesamtstrom zum Zeitpunkt t₁ (Gleichungen 2) In a particularly preferred embodiment, in addition, the total current at the time t _Off can be determined, while all three strands U, V, W are connected to the same potential, in particular the high or the low potential. The total current at time t _Off is referred to as offset or offset. The three phase currents I _U , I _V , I _W can then be determined as follows: I first- _{stage current} : = total current at time t ₁ total current at time t _off I _{second-stage current} : = total current at time t _off - total current at time t ₂ I _{third-stage current} : = total current at time t ₂ - total current at time t ₁ (Equations 2)

Der Offsetstrom kann verschiedene Fehler umfassen, die alle Messungen der Gesamtströme in gleicher Weise betreffen. Insbesondere kann ein Offset-Fehler bei der Bestimmung des durch den Motor fließenden Strangs anfallen, beispielsweise durch eine gewählte Messmethode bzw. durch einen gegebenen Messaufbau. The offset current may include various errors that affect all measurements of the total currents in the same way. In particular, an offset error can occur in the determination of the strand flowing through the engine, for example by a selected measurement method or by a given measurement setup.

Weiterhin ist auch ein Verfahren zur Ermittlung von Strangströmen (I_U, I_V, I_W) in einem elektrischen Mehrphasensystem, mit folgenden Schritten möglich:

– Generieren von pulsweitenmodulierten Schaltsignalen (S1...S6) für Schaltelemente (T1...T6) von Halbbrücken (H1, H2, H3), wobei jeweils erste Schaltelemente (T1, T3, T5) und zweite Schaltelemente (T2, T4, T6) zu Halbbrücken (H1...H3) verschaltet sind, wobei Flanken der Schaltsignale (S1...S3) unterschiedlicher Schaltelemente (T1, T3, T5) nicht gleichzeitig generiert werden, wobei zweite Schaltelemente (T2, T4, T6) jeder Halbbrücke (H1, H2, H3) komplementär zu ersten Schaltelementen (T1, T3, T5) jeder Halbbrücke (H1...H3) angesteuert werden;
– Wenigstens zweimaliges Messen eines elektrischen Gesamtstroms (I) zu definierten Zeitpunkten (t₁, t₂), zu denen wenigstens ein Schaltsignal (S1...S3) eines ersten Schaltelements (T1, T3, T5) ein zu wenigstens einem weiteren Schaltsignal (S1...S3) eines weiteren ersten Schaltelements (T1, T3, T5) unterschiedliches elektrisches Potential aufweist; und
– Ermitteln der Strangströme (I_U, I_V, I_W) aus dem gemessenen Gesamtstrom (I).

Furthermore, a method for the determination of phase currents (I _U , I _V , I _W ) in a multi-phase electric system, with the following steps is possible:

Generating pulse width modulated switching signals (S1... S6) for switching elements (T1... T6) of half bridges (H1, H2, H3), wherein first switching elements (T1, T3, T5) and second switching elements (T2, T4, T6) to half bridges (H1 ... H3) are interconnected, flanks of the switching signals (S1 ... S3) of different switching elements (T1, T3, T5) are not generated simultaneously, wherein second switching elements (T2, T4, T6) each Half-bridge (H1, H2, H3) complementary to first switching elements (T1, T3, T5) of each half-bridge (H1 ... H3) are driven;
At least two times measuring a total electric current (I) at defined times (t ₁ , t ₂ ), to which at least one switching signal (S1 ... S3) of a first switching element (T1, T3, T5) leads to at least one further switching signal ( S1 ... S3) of a further first switching element (T1, T3, T5) has different electrical potential; and
- Determining the phase currents (I _U , I _V , I _W ) from the measured total current (I).

Hierbei kann in dem Fall, dass steigende oder fallende Flanken von wenigstens zwei Schaltsignalen (S1...S3) im Wesentlichen identisch sind, wenigstens ein Schaltsignal (S1...S3) in Relation zu einem im Wesentlichen identisch ausgebildeten weiteren Schaltsignal (S1...S3) in einem Ausmaß derart verschoben wird, dass die Flanken der Schaltsignale (S1...S3) der ersten Schaltelemente (T1, T3, T5) nicht gleichzeitig generiert werden, wobei ein Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer des verschobenen Schaltsignals (S1...S3) im Wesentlichen konstant bleibt.In this case, in the case that rising or falling edges of at least two switching signals (S1... S3) are substantially identical, at least one switching signal (S1... S3) can be compared with a substantially identical further switching signal (S1. ..S3) is shifted to an extent such that the edges of the switching signals (S1 ... S3) of the first switching elements (T1, T3, T5) are not generated simultaneously, wherein a ratio of duty cycle to switch-off duration of the shifted switching signal (S1 ... S3) remains essentially constant.

Claims

Method for determining phase currents (I _U , I _V , I _W ) in a multiphase electric system, comprising the steps: - generating pulse width modulated switching signals (S1 ... S6) for switching elements (T1 ... T6) of half bridges (H1, H2, H3), wherein in each case first switching elements (T1, T3, T5) and second switching elements (T2, T4, T6) are connected to half-bridges (H1 ... H3), wherein second switching elements (T2, T4, T6) of each half-bridge (H1, H2, H3) complementary to first switching elements (T1, T3, T5) of each half-bridge (H1 ... H3) are driven, wherein in the case that rising or falling edges of at least two switching signals (S1 ... S3) the first switching elements (T1, T3, T5) are substantially identical, at least one switching signal (S1 ... S3) of the first switching elements (T1, T3, T5) in relation to a substantially identically designed further switching signal (S1 ... S3). S3) of the first switching elements (T1, T3, T5) is displaced to an extent such that the flanks of the Sc holding signals (S1 ... S3) of the first switching elements (T1, T3, T5) are not generated simultaneously, wherein a ratio of duty cycle to switch-off of the shifted switching signal (S1 ... S3) remains substantially constant; At least two times measuring a total electric current (I) at defined times (t ₁ , t ₂ ), to which at least one switching signal (S1 ... S3) of a first switching element (T1, T3, T5) leads to at least one further switching signal ( S1 ... S3) of a further first switching element (T1, T3, T5) has different electrical potential; and - determining the phase currents (I _U , I _V , I _W ) from the measured total current (I).

Method according to Claim 1, wherein at least one switching signal (S1 ... S6) is formed symmetrically with respect to a middle time (t _M ) of the switching signal (S1 ... S6).

Method according to one of the preceding claims, wherein a defined phase offset (PV) is maintained between the rising or falling edges of the switching signals (S1 ... S3).

Method according to one of the preceding claims, wherein an extent of the phase offset (PV) depends on at least one of the following parameters: transient response of the current measuring circuit between switching operations, bouncing of the switching elements (T1 ... T6), dead times of the switching elements (T1 ... T6) , Duration of measurement.

Method according to one of the preceding claims, wherein additionally at least one offset measurement is performed, this measurement being performed at a time (t _Off ) at which all the switching signals (S1 ... S3) have the same electrical potential.

The method of claim 5, wherein the offset measurement is performed when all the first switching elements (T1, T3, T5), in particular all high-side FETs (T1, T3, T5) of a stage of the half-bridges (H1 ... H3) either simultaneously switched on or off.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the total current measured at time t ₁ corresponds to a first phase current (I _U , I _V , I _W ) and the total current measured at time t _{2 to} another phase current (I _U , I _V , I _W ).

Method according to Claim 7, characterized in that the third phase current (I _U , I _V , I _W ) is determined by subtracting the total current measured at time t ₁ from the total current measured at time t ₂ .

Contraption ( 100 ) for determining phase currents (I _U , I _V , I _W ) in a multi-phase electrical system, comprising: - a generation device ( 20 . 21 ) for pulse width modulated switching signals (S1 ... S6) for switching elements (T1 ... T6) of half bridges (H1, H2, H3), wherein in each case first switching elements (T1, T3, T5) and second switching elements (T2, T4, T6 ) are connected to half bridges (H1... H3), wherein second switching elements (T2, T4, T6) of each half bridge (H1, H2, H3) are complementary to first switching elements (T1, T3, T5) of each half bridge (H1, H2, H3), wherein in the event that rising or falling edges of at least two switching signals (S1 ... S3) of the first switching elements (T1, T3, T5) are substantially identical, at least one switching signal (S1 ... S3) the first switching elements (T1, T3, T5) in relation to a substantially identically designed further switching signal (S1 ... S3) of the first switching elements (T1, T3, T5) is displaced to an extent such that the edges of the switching signals ( S1 ... S3) of the first switching elements (T1, T3, T5) are not generated simultaneously, wherein a ratio of duty cycle z u off duration of the shifted switching signal (S1 ... S3) remains substantially constant; A measuring device ( 10 . 20 ) for physically measuring at least twice a total electric current (I) of the multiphase system; and a determination device ( 20 ) for determining the phase currents (I _U , I _V , I _W ) from the measured total current (I).

Electronically commutated motor produced by a method according to one of Claims 1 to 8 and with a device ( 100 ) is operable according to claim 9.

Computer program product with program code means for carrying out the method according to one of claims 1 to 8, when it is stored on an electronic control device ( 20 ) or stored on a computer-readable medium.