DE102016226147A1 - Device and device for operating a power amplifier - Google Patents

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DE102016226147A1
DE102016226147A1 DE102016226147.9A DE102016226147A DE102016226147A1 DE 102016226147 A1 DE102016226147 A1 DE 102016226147A1 DE 102016226147 A DE102016226147 A DE 102016226147A DE 102016226147 A1 DE102016226147 A1 DE 102016226147A1
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Withdrawn
Application number
DE102016226147.9A
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Inventor
Daniel Brugger
Stefan Heimburger
Frank Fischer
Dominik Denz
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/162—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches without feedback from the output circuit to the control circuit

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  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Leistungsendstufe (20), aufweisend:- Periodisches asymmetrisches Ansteuern von Halbleiterschaltern der Leistungsendstufe (20) derart, dass ein Einschalten der Halbleiterschalter der Leistungsendstufe (20) definiert langsamer durchgeführt wird als ein Ausschalten der Leistungsendstufe (20).Method for operating a power output stage (20), comprising: - periodically asymmetric driving of semiconductor switches of the power output stage (20) such that turning on the semiconductor switches of the power output stage (20) defined slower than turning off the power output stage (20).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Leistungsendstufe.The invention relates to a method and a device for operating a power output stage.

Stand der TechnikState of the art

Unter anderem ist es im KFZ- Bereich bekannt, dass Elektromotoren mit elektronischen Halbleiterschaltern mit einer PWM-Frequenz getaktet angesteuert werden. Alle Halbleiterschalter bilden dabei eine Leistungsendstufe, die beim Ein- und Ausschalten der Halbleiterschalter elektromagnetische Störungen verursacht. Die Halbleiterschalter der Leistungsendstufen werden mit elektronischen Treiberbausteinen angesteuert, wobei die Treiberbausteine sowohl für das Ein- und für das Ausschalten geeignete elektrische Spannungen bereitstellen.Among other things, it is known in the automotive sector that electric motors with electronic semiconductor switches are controlled in a clocked manner with a PWM frequency. All semiconductor switches thereby form a power output stage, which causes electromagnetic interference during switching on and off of the semiconductor switches. The semiconductor switches of the power output stages are driven by electronic driver chips, the driver chips provide suitable for both the on and for switching off suitable electrical voltages.

DE 10 2012 211 577 A1 offenbart eine Leistungsendstufe für ein Steuergerät einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Steuereinheit und mit wenigstens vier durch die Steuereinheit einzeln ansteuerbaren Halbleiterschaltern, die zu einer Brückenschaltung mit mindestens zwei Halbbrücken zum Betreiben der elektrischen Maschine zusammengeschaltet und mit einer Versorgungsleitung und einer Masseleitung der Leistungsendstufe verbunden sind. DE 10 2012 211 577 A1 discloses a power output stage for a control unit of an electric machine for a motor vehicle with at least one control unit and at least four individually controllable by the control unit semiconductor switches, which are interconnected to a bridge circuit with at least two half-bridges for operating the electric machine and with a supply line and a ground line of the power output stage are connected.

DE 10 2005 016 440 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur flexiblen Optimierung der Schaltvorgänge eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungshalbleiters (MOSFET oder IGBT) unter Verwendung eines getakteten, programmierbaren Halbleiterelements mit Datenspeicher und fest oder variabel einprogrammierten Kennlinien, das die Gate-Emitter-Spannung des LeistungsHalbleiterschalters nach einer in Abhängigkeit von Einsatzbedingungen des Halbleiterschalters ausgewählten Kennlinie steuert. DE 10 2005 016 440 A1 discloses an apparatus and method for flexibly optimizing the switching operations of a non-latching, turn-off power semiconductor (MOSFET or IGBT) using a clocked, programmable semiconductor device with data memory and fixed or variably programmed characteristics that sense the gate-to-emitter voltage of the power semiconductor switch one at a time controlled by operating conditions of the semiconductor switch characteristic.

DE 196 10 895 A1 offenbart ein Verfahren zur Einschaltregelung eines IGBT und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Dabei wird als Steuergröße nicht die Gatespannung, sondern der Gatestrom verwendet. Dieser beaufschlagt die Gateelektrode nach Maßgabe eines Soll-Ist-Vergleichs eines an der Gateelektrode anliegenden Spannungs-Istwerts und eines entsprechenden Sollwerts. Die Regelung führt den Laststrom während des Schaltvorgangs auf einer vorgegebenen Trajektorie. DE 196 10 895 A1 discloses a method for turn-on control of an IGBT and an apparatus for carrying out the method. The control variable used is not the gate voltage, but the gate current. This acts on the gate electrode in accordance with a desired-actual comparison of a voltage applied to the gate electrode voltage and a corresponding desired value. The control performs the load current during the switching process on a given trajectory.

Bekannt sind elektronische Treiberbausteine, mit denen getrennte Ein- und Ausschaltvorgänge eines Halbleiterschalters realisierbar sind.Are known electronic driver chips with which separate on and off operations of a semiconductor switch can be realized.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Ansteuern einer Leistungsendstufe bereit zu stellen.An object of the invention is to provide an improved method for driving a power output stage.

Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben einer Leistungsendstufe, aufweisend:

  • - Periodisches asymmetrisches Ansteuern von Halbleiterschaltern der Leistungsendstufe derart, dass ein Einschalten der Halbleiterschalter der Leistungsendstufe definiert langsamer durchgeführt wird als ein Ausschalten der Leistungsendstufe.
The object is achieved according to a first aspect with a method for operating a power output stage, comprising:
  • Periodic asymmetric driving of semiconductor switches of the power output stage such that turning on the semiconductor switches of the power output stage defined is performed slower than turning off the power output stage.

Auf diese Weise kann mittels eines asymmetrischen Ansteuerns der Halbleiterschalter vorteilhaft eine bedeutsame Reduzierung von elektromagnetischer Emission erreicht werden, wobei dies insbesondere dem langsameren Einschaltvorgang der Halbleiterschalter geschuldet ist. Vorteilhaft kann auf diese Weise auch eine geringere Verlustleistung der Leistungsendstufe generiert werden. Vorteilhaft kann das Verfahren sowohl mit diskreten Schaltelementen oder mit einem integrierten Halbleiterbaustein durchgeführt werden.In this way, advantageously by means of an asymmetrical driving of the semiconductor switches, a significant reduction of electromagnetic emission can be achieved, this being due in particular to the slower switching-on of the semiconductor switches. Advantageously, a lower power loss of the power output stage can be generated in this way. Advantageously, the method can be carried out both with discrete switching elements or with an integrated semiconductor component.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einer Vorrichtung zum Betreiben einer Leistungsendstufe, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ansteuervorrichtung ausgebildet ist, Halbleiterschalter der Leistungsendstufe periodisch definiert langsamer einzuschalten als auszuschalten.According to a second aspect, the object is achieved with a device for operating a power output stage, which is characterized in that the drive device is designed to turn semiconductor switches of the power output stage periodically defined slower than turn off.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und der Ansteuervorrichtung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.Preferred embodiments of the method and the driving device are the subject of dependent claims.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass

  • - das Einschalten der Halbleiterschalter der Leistungsendstufe mit einem definierten Einschaltstrom durchgeführt wird;
  • - wobei das Ausschalten der Halbleiterschalter der Leistungsendstufe mit einem definierten Ausschaltstrom, der definiert höher ist als der Einschaltstrom, durchgeführt wird; wobei
  • - das Einschalten aller Halbleiterschalter und das Ausschalten aller Halbleiterschalter gleichartig durchgeführt wird.
An advantageous development of the method provides that
  • - The switching of the semiconductor switches of the power output stage is performed with a defined inrush current;
  • - Wherein turning off the semiconductor switches of the power amplifier with a defined breaking current, which is defined higher than the inrush current is performed; in which
  • - The switching of all semiconductor switches and turning off all the semiconductor switches is carried out similar.

Auf diese Weise wird mittels einer geeigneten Dimensionierung der Ströme eine Reduzierung der EMV-Emissionen der Leistungsendstufe realisiert.In this way, by means of a suitable dimensioning of the currents, a reduction of the EMC emissions of the power output stage is realized.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass jeweils nach einem ersten Periodenabschnitt der Ein- und Ausschaltstrom abgeschaltet wird, wobei jeweils in einem zweiten Periodenabschnitt Steigungen des Ein- und Ausschaltstroms höher ausgebildet werden als im ersten Periodenabschnitt. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine weitere Verbesserung der elektromagnetischen Emission und der Verlustleistung erreicht werden.A further advantageous development of the method provides that in each case after a first Period portion of the on and off current is turned off, wherein in each case in a second period section slopes of the on and off current are formed higher than in the first period section. In this way, advantageously, a further improvement of the electromagnetic emission and the power loss can be achieved.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass ein Verhältnis von maximalem Einschaltstrom zu maximalem Ausschaltstrom ca. 1 : 4 bis ca. 1 : 5 beträgt. Auf diese Weise wird ein vorteilhaftes Verhältnis zwischen dem Einschaltstrom und dem Ausschaltstrom der Leistungsendstufe bereitgestellt.A further advantageous development of the method is characterized in that a ratio of maximum inrush current to maximum off current is about 1: 4 to about 1: 5. In this way, an advantageous ratio between the inrush current and the off current of the power output stage is provided.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass ein maximaler Einschaltstrom ca. 64 mA beträgt und ein maximaler Ausschaltstrom ca. 304 mA beträgt. Es hat sich herausgestellt, dass mit derartig dimensionierten Strömen eine vorteilhafte Reduktion der EMV-Emission realisierbar ist.A further advantageous embodiment of the method provides that a maximum inrush current is about 64 mA and a maximum off current is about 304 mA. It has been found that with such sized currents an advantageous reduction of the EMC emission can be realized.

Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren im Detail beschrieben. Dabei bilden alle Merkmale, unabhängig von ihrer Darstellung in der Beschreibung und in den Figuren, sowie unabhängig von ihrer Rückbeziehung in den Patentansprüchen den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die Figuren sind vor allem dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen.The invention will be described below with further features and advantages with reference to several figures in detail. In this case, all features, regardless of their representation in the description and in the figures, as well as regardless of their dependency in the claims, the subject of the present invention. The figures are primarily intended to illustrate the principles essential to the invention and are not necessarily drawn to scale. Same or functionally identical elements have the same reference numerals.

Offenbarte Verfahrensmerkmale ergeben sich analog aus entsprechenden offenbarten Vorrichtungsmerkmalen und umgekehrt. Dies bedeutet insbesondere, dass sich Merkmale, technische Vorteile und Ausführungen betreffend das Verfahren zum Betreiben einer Leistungsendstufe in analoger Weise aus entsprechenden Merkmalen, technischen Vorteilen und Ausführungen betreffend die Vorrichtung zum Betreiben einer Leistungsendstufe ergeben und umgekehrt.Disclosed method features are analogous to corresponding disclosed device features and vice versa. This means, in particular, that features, technical advantages and embodiments relating to the method for operating a power output stage in an analogous manner result from corresponding features, technical advantages and embodiments relating to the device for operating a power output stage, and vice versa.

In den Figuren zeigt:

  • 1 beispielhafte zeitliche Verläufe eines Einschaltstroms und eines Ausschaltstroms einer Leistungsendstufe;
  • 2 eine prinzipielle Darstellung von elektromagnetischer Emission mit zwei unterschiedlichen Ansteuerverfahren der Leistungsendstufe;
  • 3 zwei weitere beispielhafte Verläufe eines Einschaltstroms und eines Ausschaltstroms einer Leistungsendstufe; und
  • 4 ein prinzipielles Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ansteuervorrichtung zum Betreiben einer Leistungsendstufe
In the figures shows:
  • 1 exemplary time profiles of an inrush current and an off current of a power output stage;
  • 2 a schematic representation of electromagnetic emission with two different control methods of the power amplifier;
  • 3 two further exemplary courses of an inrush current and a turn-off current of a power output stage; and
  • 4 a schematic block diagram of a drive device according to the invention for operating a power amplifier

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 zeigt zwei beispielhafte zeitliche Verläufe von elektrischen Schaltströmen einer Leistungsendstufe, beispielsweise in Form einer definierten Anzahl von Halbleiterschaltern (z.B. MOS-FETs) zum Ansteuern eines Elektromotors für Anwendungen im KFZ-Bereich (z.B. Kühlerlüfter, Fensterheber, usw.). Die Leistungsendstufe kann als eine B6-Brücke ausgebildet sein, die einen elektrischen Gleichstrom mittels PWM-Modulation in einen effektiven elektrischen Wechselstrom umformt. Dabei umfasst die B6-Brücke mehrere Halbleiterschalter, die alle in gleicher Weise gemäß dem nachfolgend beschriebenen Verfahren angesteuert werden. 1 shows two exemplary time courses of electrical switching currents of a power output stage, for example in the form of a defined number of semiconductor switches (eg MOS-FETs) for driving an electric motor for applications in the automotive sector (eg radiator fan, windows, etc.). The power output stage can be designed as a B6 bridge, which converts a DC electrical current by means of PWM modulation into an effective AC electrical current. In this case, the B6 bridge comprises a plurality of semiconductor switches, which are all driven in the same way according to the method described below.

Erkennbar sind zeitliche Verläufe eines Einschaltstroms ie und eines Ausschalstroms ia, mit denen jeweils ein Gate eines MOS-FETs beaufschlagt wird. Es handelt sich bei den Strömen somit um elektrische Treiberströme für die Gates der MOS-FETs der Leistungsendstufe. Man erkennt, dass der Einschaltstrom ie einen definiert flacheren Verlauf aufweist als der Ausschaltstrom ia und dass der Einschaltstrom ie gegenüber dem Ausschaltstrom ia zeitverzögert abgesenkt wird. Auf diese Weise wird im Ergebnis ein Einschaltvorgang der Leistungsendstufe definiert langsamer durchgeführt als ein Ausschaltvorgang der Leistungsendstufe.Recognizable are temporal courses of an inrush current i e and a Ausschalstroms i a , which are each applied to a gate of a MOS-FETs. Thus, the currents are electrical drive currents for the gates of the MOS-FETs of the power output stage. It can be seen that the inrush current i e has a defined flatter course than the switch-off current i a and that the inrush current i e is lowered in time with respect to the switch-off current i a . In this way, as a result, a switch-on of the power output stage is defined slower than a turn-off of the power output stage.

Dabei wird eine Amplitude des elektrischen Einschaltstroms ie definiert geringer ausgebildet als eine Amplitude des Ausschaltstroms ia. Durch den Strom, der dem Gate des MOS-FETS aufgeprägt wird, kann der MOS-FET in Abhängigkeit vom Ladestrom schneller oder langsamer schalten, wobei der MOS-FET erst dann, wenn er vollständig aufgeladen ist, durchschaltet. Durch den höheren Gate-Strom beim Ausschalten kann der MOS-FET schneller ausschalten.In this case, an amplitude of the electrical inrush current i e defined is formed smaller than an amplitude of the breaking current i a . The current impressed on the gate of the MOS FET may cause the MOSFET to turn faster or slower depending on the charging current, with the MOS FET turning on only when fully charged. The higher gate current at turn off allows the MOSFET to turn off faster.

Vorzugsweise beträgt ein Verhältnis zwischen Einschaltstrom ie und Ausschaltstrom ia ca. 1 : 4 bis ca. 1: 5, wobei ein typischer Strom-Maximalwert des Einschaltstroms ie ca. 64 mA beträgt und ein typischer Strom-Maximalwert des Ausschaltstroms ia ca. 304 mA.Preferably, a ratio between inrush current i e and off current i a is about 1: 4 to about 1: 5, wherein a typical maximum current value of the inrush current i e is about 64 mA and a typical current maximum value of the off current i a approx 304 mA.

Auf diese Weise werden die Leistungsschalter langsamer eingeschaltet als ausgeschaltet. Im Ergebnis ist dadurch eine Verringerung der Verlustleistung und eine bedeutsame Verringerung der elektromagnetischen Emissionen (EMV-Strahlung) erreicht, wie nachfolgend anhand von 2 gezeigt ist.In this way, the circuit breakers are turned on slower than turned off. The result is a reduction in power loss and a significant reduction in power consumption electromagnetic emissions (EMC radiation), as described below by means of 2 is shown.

2 zeigt zwei Verläufe von elektromagnetischer Emission über der Frequenz f. Erkennbar ist ein erster Verlauf EMV1, der eine EMV-Emission bei gleichem Ein- und Ausschaltstrom der Leistungsendstufe repräsentiert („symmetrische Ansteuerung“). Ferner erkennbar ist ein zweiter Verlauf EMV2, der eine Emission bei unterschiedlichen Ein- und Ausschaltsteuerströmen darstellt („asymmetrische Ansteuerung“). Auf der y-Achse ist ein Ausmaß einer leitungsgebundenen Emission, die typischerweise gemessen wird, erkennbar. Der Bereich EMV1 liegt dabei nur teilweise sichtbar „hinter“ dem Bereich EMV2. Einzelne Minimalwert-Peaks von EMV1 sind unterhalb von EMV2 erkennbar. 2 shows two courses of electromagnetic emission over the frequency f. Recognizable is a first curve EMV1, which represents an EMC emission at the same on and off current of the power output stage ("symmetrical control"). It can also be seen a second curve EMV2, which represents an emission at different on and off control currents ("asymmetric control"). On the y-axis, an amount of conducted emission that is typically measured is detectable. The area EMV1 is only partially visible "behind" the area EMV2. Single minimum peaks of EMV1 are visible below EMV2.

Man erkennt, dass die Einhüllende bzw. sämtliche Maximalwerte des Verlaufs EMV2 über den gesamten Frequenzbereich amplitudenmäßig geringer sind als die Einhüllende bzw. sämtliche Maximalwerte des Verlaufs EMV1. Dies bedeutet, dass die EMV-Leistung des Verlaufs EMV2 geringer ist als die EMV-Leistung des Verlaufs EMV1. Dies ist insbesondere dadurch begründet, dass der elektrische Einschaltstrom ie geringer ist und dadurch ein Einschaltvorgang der Leistungsendstufe langsamer ausgeführt wird als ein Ausschaltvorgang der Leistungsendstufe.It can be seen that the envelope or all maximum values of the curve EMV2 over the entire frequency range are lower in amplitude than the envelope or all maximum values of the curve EMV1. This means that the EMC performance of the EMV2 waveform is less than the EMC performance of the EMV1 waveform. This is due in particular to the fact that the electrical inrush current i e is lower and thereby a switch-on of the power output stage is performed slower than a switch-off of the power amplifier.

3 zeigt zwei weitere beispielhafte zeitliche Verläufe von Ansteuerströmen ie, ia der Leistungsendstufe. Auch in diesem Fall erkennt man, dass der elektrische Einschaltstrom ie geringer ist als der elektrische Ausschaltstrom ia. Ferner ist auch erkennbar, dass zwischenzeitlich nach einem ersten Periodenabschnitt, in dem eine Kapazität des MOS-FETs aufgeladen wird, die beiden genannten elektrischen Ströme ie, ia auf Null zurückgefahren werden. 3 shows two further exemplary time profiles of drive currents i e , i a of the power output stage. Also in this case, it can be seen that the electrical inrush current i e is less than the electrical breaking current i a . Furthermore, it can also be seen that in the meantime after a first period section in which a capacitance of the MOS-FET is charged, the two mentioned electrical currents i e , i a are reduced to zero.

Nach dem Absinken zu einem definierten Zeitpunkt, in dem das Durchschalten des MOS-FETs beginnt, erfolgt in einem zweiten Periodenabschnitt eine Beaufschlagung mit den beiden genannten elektrischen Gateströmen mit Steigungen, die höher sind als im ersten Periodenabschnitt. Im Ergebnis wird dadurch das eigentliche Durchschalten des Leistungshalbleiterschalters der Leistungsendstufe bewirkt. Im zweiten Peak des zweiten Periodenabschnitts findet gewissermaßen das „Hauptschalten“ der Leistungsendstufe statt.After dropping at a defined time in which the switching of the MOS-FET begins, takes place in a second period section, an admission to the two said electrical gate currents with slopes that are higher than in the first period section. As a result, thereby the actual switching of the power semiconductor switch of the power output stage is effected. In the second peak of the second period section, so to speak, the "main switching" of the power output stage takes place.

Wesentlich ist, dass die Amplituden der Ströme ie, ia separat für das Einschalten und das Ausschalten skaliert werden können. Auch die Verläufe von 3 sind rein qualitativ zu verstehen, wobei hier insbesondere die größere Amplitude des Ausschaltstroms ia gegenüber dem Einschaltstrom ie erkennbar ist. Aufgrund der unterschiedlichen zeitlichen Skalierung des Einschaltstroms ie und des Ausschaltstroms ia ist der zeitliche Versatz der beiden Ströme ie, ia in 3 nicht erkennbar.It is essential that the amplitudes of the currents i e , i a can be scaled separately for switching on and off. Also the courses of 3 are purely qualitative to understand, in which case in particular the greater amplitude of the breaking current i a relative to the inrush current i e is recognizable. Due to the different temporal scaling of the inrush current i e and the switch-off current i a , the time offset of the two currents i e , i a in 3 not visible.

4 zeigt ein Blockschaltbild mit einer erfindungsgemäßen Ansteuervorrichtung 10. Man erkennt eine Ansteuervorrichtung 10 zum Ansteuern einer Leistungsendstufe 20 in Form einer definierten Anzahl von Halbleiterschaltern, z.B. in Form von MOS-FETs. Dabei liefert die Ansteuervorrichtung 10 Ladeströme ie, ia für die MOS-FETs. Die MOS-FETs der Leistungsendstufe 20 können z.B. als Halbbrücke, B6-Brücke, H4-Brücke, M-Schaltung, usw. verschaltet sein, wobei wichtig ist, dass alle MOS-FETs gemäß dem beschriebenen Prinzip angesteuert werden. 4 shows a block diagram with a drive device according to the invention 10. One recognizes a drive device 10 for controlling a power output stage 20 in the form of a defined number of semiconductor switches, for example in the form of MOS-FETs. In this case, the drive device delivers 10 Charging currents i e , i a for the MOS FETs. The MOS-FETs of the power output stage 20 For example, they can be interconnected as a half-bridge, B6-bridge, H4-bridge, M-circuit, etc., wherein it is important that all MOS-FETs are driven according to the described principle.

Die Ansteuervorrichtung 10 kann beispielsweise mit diskreter Elektronik aufgebaut werden, kann alternativ aber auch als ein integrierter Halbleiterbaustein ausgebildet sein. Im Falle einer Realisierung als Halbleiterbaustein kann vorgesehen sein, dass das gewünschte Verhalten mittels eines Softwareprogramms eingestellt ist, wodurch auf einfache Weise ein Verlauf der Ansteuerströme ie, ia festgelegt und geändert werden kann.The drive device 10 can be constructed, for example, with discrete electronics, but may alternatively be designed as an integrated semiconductor device. In the case of a realization as a semiconductor device, it may be provided that the desired behavior is set by means of a software program, whereby a course of the drive currents i e , i a can be set and changed in a simple manner.

Zusammenfassend werden mit der vorliegenden Erfindung eine elektronische Ansteuervorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Leistungsendstufe vorgeschlagen, mit denen eine verringerte elektromagnetische Emission und eine verringerte Verlustleistung bzw. ein verbesserter Wirkungsgrad erreichbar sind.In summary, the present invention proposes an electronic drive device and a method for operating a power output stage with which a reduced electromagnetic emission and a reduced power loss or an improved efficiency can be achieved.

Dies wird durch ein asymmetrisches Ansteuern der Halbleiterschalter der Leistungsendstufe erreicht, wobei das Einschalten gegenüber dem Ausschalten langsamer durchgeführt wird. Dass Ein- und Ausschalten erfolgt über eine pulsweitenmodulierte, d.h. periodische Ansteuerung mit einer geeigneten Frequenz. Im Ergebnis wird somit ein asymmetrisches Betreiben der Halbleiterschalter der Leistungsendstufe durchgeführt, bei denen in periodischer Weise längere Einschaltphasen mit kürzeren Ausschaltphasen realisiert werden.This is achieved by asymmetrically driving the semiconductor switches of the power output stage, the turn-on being performed more slowly than switching off. The switching on and off takes place via a pulse width modulated, i. periodic control with a suitable frequency. As a result, an asymmetric operation of the semiconductor switches of the power output stage is thus carried out, in which periodically longer turn-on phases with shorter turn-off phases are realized.

Vorteilhaft erfordert das vorgeschlagene Verfahren keine spezifische Form der Ströme, wichtig ist lediglich, dass der Einschaltstrom geringer ist als der Ausschaltstrom der Halbleiterschalter der Leistungsendstufe.Advantageously, the proposed method does not require a specific form of the currents, it is only important that the inrush current is lower than the turn-off current of the semiconductor switches of the power output stage.

Obwohl die Erfindung vorgehend anhand von konkreten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie keineswegs darauf beschränkt. Der Fachmann wird somit auch vorgehend nicht oder nur teilweise offenbarte Ausführungsformen realisieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.Although the invention has been described above with reference to specific embodiments, it is by no means limited thereto. Thus, those skilled in the art will also realize embodiments which are not previously or only partially disclosed without deviating from the gist of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012211577 A1 [0003]DE 102012211577 A1 [0003]
  • DE 102005016440 A1 [0004]DE 102005016440 A1 [0004]
  • DE 19610895 A1 [0005]DE 19610895 A1 [0005]

Claims (11)

Verfahren zum Betreiben einer Leistungsendstufe (20), aufweisend: - Periodisches asymmetrisches Ansteuern von Halbleiterschaltern der Leistungsendstufe (20) derart, dass ein Einschalten der Halbleiterschalter der Leistungsendstufe (20) definiert langsamer durchgeführt wird als ein Ausschalten der Leistungsendstufe (20).A method of operating a power stage (20), comprising: - Periodic asymmetric driving of semiconductor switches of the power output stage (20) such that turning on the semiconductor switches of the power output stage (20) defined slower than turning off the power output stage (20). Verfahren zum Betreiben einer Leistungsendstufe (20) nach Anspruch 1, - wobei das Einschalten der Halbleiterschalter der Leistungsendstufe (20) mit einem definierten Einschaltstrom (ie) durchgeführt wird; - wobei das Ausschalten der Halbleiterschalter der Leistungsendstufe (20) mit einem definierten Ausschaltstrom (ia), der definiert höher ist als der Einschaltstrom, durchgeführt wird; wobei - das Einschalten aller Halbleiterschalter und das Ausschalten aller Halbleiterschalter gleichartig durchgeführt wird.Method for operating a power amplifier (20) after Claim 1 in which the switching on of the semiconductor switches of the power output stage (20) is carried out with a defined inrush current (i e ); - Wherein turning off the semiconductor switches of the power output stage (20) with a defined breaking current (i a ), which is defined higher than the inrush current is performed; wherein - turning on all the semiconductor switches and turning off all the semiconductor switches is performed similarly. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils nach einem ersten Periodenabschnitt der Ein- und Ausschaltstrom abgeschaltet wird, wobei jeweils in einem zweiten Periodenabschnitt Steigungen des Ein- und Ausschaltstroms höher ausgebildet werden als im ersten Periodenabschnitt.Method according to Claim 2 , characterized in that in each case after a first period portion of the on and off current is turned off, wherein in each case in a second period section slopes of the on and off current are formed higher than in the first period section. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Verhältnis von maximalem Einschaltstrom (ie) zu maximalem Ausschaltstrom (ia) ca. 1 : 4 bis ca. 1 : 5 beträgt.Method according to Claim 2 or 3 , wherein a ratio of maximum inrush current (i e ) to maximum off current (i a ) is about 1: 4 to about 1: 5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein maximaler Einschaltstrom (ie) ca. 64 mA beträgt und ein maximaler Ausschaltstrom (ia) ca. 304 mA beträgt.Method according to Claim 4 , wherein a maximum inrush current (i e ) is about 64 mA and a maximum off current (i a ) is about 304 mA. Ansteuervorrichtung (10) zum Betreiben einer Leistungsendstufe (20) dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (10) ausgebildet ist, Halbleiterschalter der Leistungsendstufe (20) periodisch definiert langsamer einzuschalten als auszuschalten.Drive device (10) for operating a power output stage (20), characterized in that the drive device (10) is designed to turn semiconductor switches of the power output stage (20) defined periodically slower than turn off. Ansteuervorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei die Ansteuervorrichtung (10) ausgebildet ist, einen Einschaltstrom (ie) für Halbleiterschalter der Leistungsendstufe (20) definiert geringer auszubilden als einen Ausschaltstrom für Halbleiterschalter der Leistungsendstufe (20).Drive device (10) according to Claim 6 , Wherein the drive device (10) is designed to form an inrush current (i e ) for semiconductor switches of the power output stage (20) defines less than a breaking current for semiconductor switches of the power output stage (20). Ansteuervorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei ein Verhältnis von Einschaltstrom (ie) zu Ausschaltstrom (ia) ca. 1 : 4 bis ca. 1 : 5 beträgt.Drive device (10) according to Claim 7 , wherein a ratio of inrush current (i e ) to off current (i a ) is about 1: 4 to about 1: 5. Ansteuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (10) mit diskreten Elementen oder als ein integrierter elektronischer Treiberbaustein ausgebildet ist.Drive device (10) according to one of Claims 6 to 8th , characterized in that the drive device (10) is formed with discrete elements or as an integrated electronic driver module. Verwendung einer Ansteuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9 zum Betreiben einer Leistungsendstufe zum Ansteuern eines Elektromotors.Use of a drive device (10) according to one of Claims 6 to 9 for operating a power output stage for driving an electric motor. Verwendung einer Ansteuervorrichtung nach Anspruch 10 zum Betreiben einer Leistungsendstufe zum Ansteuern eines Elektromotors im KFZ-Bereich.Use of a drive device according to Claim 10 for operating a power output stage for driving an electric motor in the automotive sector.
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