DE102019200224A1 - Method and device for operating an electrical machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine (2) mittels einer Leistungselektronik (3), die zumindest drei Halbbrücken (HB1-HB3) mit jeweils einem Highside-Halbleiterschalter (HS1-HS3) und jeweils einem Lowside-Halbleiterschalter (LS1-LS3) zum Bestromen von zumindest drei Phasen (P1-P3) der elektrischen Maschine (2) aufweist, wobei die Halbleiterschalter (HS1-HS3,LS1-LS3) zumindest im Wesentlichen pulsweitenmoduliert in Abhängigkeit von einer elektrischen Umdrehung eines elektrischen Motordrehwinkels (φRe) der elektrischen Maschine (2) angesteuert werden. Es ist vorgesehen, dass zumindest einer, insbesondere jeder der Halbleiterschalter (HS1-HS3,LS1-LS3) innerhalb der elektrischen Umdrehung zumindest einmal für einen vorgegebenen Drehwinkelbereich (a) über mehrere Pulsweiten hinweg in einer Schaltstellung gehalten wird. The invention relates to a method for operating an electrical machine (2) by means of power electronics (3), which has at least three half bridges (HB1-HB3), each with a highside semiconductor switch (HS1-HS3) and a low-side semiconductor switch (LS1-LS3) ) for energizing at least three phases (P1-P3) of the electrical machine (2), the semiconductor switches (HS1-HS3, LS1-LS3) being at least essentially pulse-width-modulated as a function of an electrical revolution of an electrical motor rotation angle (φ Re ) electrical machine (2) can be controlled. It is provided that at least one, in particular each of the semiconductor switches (HS1-HS3, LS1-LS3) is held in the switching position at least once for a predetermined angle of rotation range (a) over several pulse widths.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine mittels einer Leistungselektronik, die zumindest drei Halbbrücken mit jeweils einem Highside-Halbleiterschalter und jeweils einem Lowside-Halbleiterschalter zum Bestromen von zumindest drei Phasen der elektrischen Maschine aufweist, wobei die Halbleiterschalter zumindest im Wesentlichen pulsweitenmoduliert in Abhängigkeit von einer Umdrehung eines elektrischen Motordrehwinkels mehrfach angesteuert werden.The invention relates to a method for operating an electrical machine by means of power electronics, which has at least three half bridges, each with a highside semiconductor switch and in each case a low-side semiconductor switch for energizing at least three phases of the electrical machine, the semiconductor switch being at least essentially pulse-width-modulated as a function be controlled several times by one revolution of an electric motor rotation angle.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen Maschine, mit einer Leistungselektronik, wobei die Leistungselektronik zumindest drei Halbbrücken aufweist, die jeweils einen Highside-Halbleiterschalter und einen Lowside-Halbleiterschalter aufweisen, wobei jeder Phase der elektrischen Maschine jeweils eine der Halbbrücken zugeordnet ist, und mit einem Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, die Halbleiterschalter zum Betreiben der elektrischen Maschine anzusteuern.Furthermore, the invention relates to a device for operating an electrical machine with power electronics, the power electronics having at least three half bridges, each having a highside semiconductor switch and a low side semiconductor switch, each phase of the electrical machine being assigned one of the half bridges, and with a control device that is designed to control the semiconductor switches for operating the electrical machine.
Stand der TechnikState of the art
Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Um den drehbar gelagerten Rotor einer drei-phasigen Wechselstrommaschine in eine Rotationsbewegung zu versetzen, werden die Phasen der Maschine typischerweise durch sinusförmige um 120° zueinander phasenverschobene Wechselspannungen angesteuert. Diese Wechselspannungen werden beispielsweise aus einer konstanten Versorgungsspannung mithilfe einer B6-Leistungsendstufe erzeugt. Eine B6-Leistungsendstufe weist drei parallele zueinander geschaltete Halbbrücken auf, die jeweils zwei Halbleiterschalter, einen Highside-Halbleiterschalter und einen Lowside-Halbleiterschalter aufweisen. Üblicherweise werden als Halbleiterschalter MOSFETs eingesetzt. Durch gezieltes wechselseitiges Einschalten der Halbleiterschalter können Halbbrückenspannungen erzeugt werden, deren Mittelwerte zum Beispiel einen sinusförmigen Verlauf aufweisen.Methods and devices of the type mentioned at the outset are known from the prior art. In order to set the rotatably mounted rotor of a three-phase AC machine into a rotational movement, the phases of the machine are typically controlled by sinusoidal AC voltages that are 120 ° out of phase with one another. These AC voltages are generated, for example, from a constant supply voltage using a B6 power output stage. A B6 power output stage has three half-bridges connected in parallel to one another, each of which has two semiconductor switches, a high-side semiconductor switch and a low-side semiconductor switch. MOSFETs are usually used as semiconductor switches. By selectively switching on the semiconductor switches alternately, half-bridge voltages can be generated, the mean values of which, for example, have a sinusoidal profile.
Die Ansteuerung der Halbleiterschalter erfolgt durch eine Pulsweitenmodulation mit insbesondere konstanter Periodendauer und variabler Einschaltdauer, welche den mittleren Spannungsverlauf über den Verlauf des Tastverhältnisses vorgibt. Wird der Highside-Halbleiterschalter relativ lange ein- und der Lowside-Halbleiterschalter einer Halbbrücke relativ lange ausgeschaltet, so ergibt sich eine relativ hohe mittlere Halbbrückenspannung. Wird der Lowside-Halbleiterschalter verhältnismäßig lang eingeschaltet und der Highside-Halbleiterschalter verhältnismäßig lange ausgeschaltet, so ergibt sich eine relativ niedrige mittlere Halbbrückenspannung. Verkettete Spannungen an der elektrischen Maschine ergeben sich durch Subtraktion der Halbbrückenspannungen. Es können sowohl positive als auch negative verkettete Spannungen erzeugt werden. Zur Erzeugung einer etwas höher verketteten Spannung kann beispielsweise auf die Halbbrückenspannung zusätzlich eine Oberschwingung mit einer gegenüber der elektrischen Motordrehzahl drei Mal höheren Frequenz aufmoduliert sein. Diese Oberschwingung tritt jedoch an den verketteten Spannungen nicht in Erscheinung, da sie durch die Subtraktion der Halbbrückenspannungen wieder eliminiert wird.The semiconductor switches are controlled by pulse width modulation with, in particular, a constant period and a variable duty cycle, which specifies the mean voltage curve over the course of the pulse duty factor. If the high-side semiconductor switch is switched on for a relatively long time and the low-side semiconductor switch of a half-bridge is switched off for a relatively long time, the result is a relatively high mean half-bridge voltage. If the low-side semiconductor switch is switched on for a relatively long time and the high-side semiconductor switch is switched off for a relatively long time, the result is a relatively low mean half-bridge voltage. Chained voltages on the electrical machine result from subtraction of the half-bridge voltages. Both positive and negative chained voltages can be generated. In order to generate a somewhat higher chained voltage, a harmonic with a frequency three times higher than the electric motor speed can be modulated onto the half-bridge voltage, for example. However, this harmonic does not appear in the linked voltages, since it is eliminated again by subtracting the half-bridge voltages.
Beim Betrieb der Leistungselektronik treten aufgrund der durch die Halbleiterschalter fließenden Ströme Verluste an diesen auf. Ein großer Teil dieser Verluste sind Schaltverluste, welche beim nicht-idealen Übergang vom leitenden Zustand (geschlossene Stellung) in den sperrenden Zustand (geöffnete Stellung) oder umgekehrt entstehen. Um elektromagnetische Emissionen zu reduzieren, kann es jedoch erwünscht sein, einen derartig nicht-idealen Übergang vorzusehen.During operation of the power electronics, losses occur in the latter due to the currents flowing through the semiconductor switches. A large part of these losses are switching losses which arise during the non-ideal transition from the conductive state (closed position) to the blocking state (open position) or vice versa. To reduce electromagnetic emissions, however, it may be desirable to provide such a non-ideal transition.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die durch Schaltvorgänge erzeugten Verluste an den Halbleiterschaltern verringert werden, wodurch die Effizienz der Leistungselektronik verbessert und ihre Lebensdauer erhöht wird. Auch wird die Abwärme der Leistungselektronik reduziert, was beispielsweise für zu der Leistungselektronik benachbarte Elementen von Vorteil ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zumindest einer, insbesondere jeder der Halbleiterschalter innerhalb einer vollständigen Umdrehung des elektrischen Drehwinkels, also innerhalb einer Drehung des Drehwinkels um 360°, zumindest einmal für einen vorgegebenen Drehwinkelbereich, und damit für eine von der Drehgeschwindigkeit abhängigen Zeitdauer, über mehrere Pulsweiten hinweg in seiner Schaltstellung belassen wird. Damit werden also die Halbbrücken der Leistungselektronik derart angesteuert, dass innerhalb einer elektrischen Umdrehung zumindest ein Halbleiterschalter vorzugsweise jeder der Halbleiterschalter der Leistungselektronik zumindest einmal für eine vorgegebenen Drehwinkelbereich, und damit für eine von der Drehgeschwindigkeit abhängigen Zeitdauer, nicht pulsweitenmoduliert geschaltet, sondern in einer Schaltstellung, also geöffnet oder geschlossen, belassen oder gehalten wird. Dadurch werden die Schaltverluste insbesondere im Mittel merklich reduziert. Das Konstanthalten der Schaltstellung des einzelnen Halbleiterschalters wird insbesondere durch eine angepasste Pulsweitenmodulation der übrigen Halbleiterschalter der anderen Halbleiterbrücken kompensiert. Die Halbleiterschalter sind vorzugsweise, also ohne Ansteuerung, offene, also nicht-leitende, Halbleiterschalter. Dabei sind die Halbleiterschalter in einer optionalen Ausführung als MOSFETs bevorzugt bei einer Ansteuerung mit ca. 10 V (U_GS) eingeschaltet und bei einer Ansteuerung mit ca. 0 V (U_GS) ausgeschaltet.The method according to the invention with the features of
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Leistungselektronik derart betrieben wird, dass zumindest ein Halbleiterschalter jeder Halbbrücke zumindest einmal für die oder jeweils einen vorgegebenen Drehwinkelbereich über mehrere Pulsweiten hinweg zumindest einmal in einer Schaltstellung während einer Umdrehung gehalten wird. Damit ist sichergestellt, dass die Belastung der Halbbrücken reduziert wird. Vorteilhafterweise werden jedoch alle Halbleiterschalter innerhalb der Umdrehung für den oder einen Drehwinkelbereich jeweils einmal belassen oder gehalten. Die Drehwinkelbereiche beziehungsweise Zeitdauern der unterschiedlichen Halbleiterschalter sind bevorzugt gleich oder unterschiedlich groß.Furthermore, it is preferably provided that the power electronics are operated in such a way that at least one semiconductor switch of each half-bridge is held at least once in one switching position during one revolution for or in each case a predetermined range of rotation angles over a plurality of pulse widths. This ensures that the load on the half bridges is reduced. Advantageously, however, all semiconductor switches are left or held once within the revolution for the or one angle of rotation range. The rotation angle ranges or time periods of the different semiconductor switches are preferably the same or different sizes.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Leistungselektronik derart betrieben, dass alle Halbleiterschalter innerhalb der elektrischen Umdrehung abwechselnd in einer Schaltstellung für den oder jeweils einen vorgegebenen Drehwinkelbereich zumindest über mehrere Pulsweiten hinweg einmal belassen oder gehalten werden. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Belastung aller Halbleiterschalter mit den vorgenannten Vorteilen.According to an advantageous development, the power electronics are operated in such a way that all the semiconductor switches within the electrical revolution are alternately left or held once in a switching position for the or in each case a predetermined range of rotation angles at least over several pulse widths. This results in a uniform load on all semiconductor switches with the aforementioned advantages.
Besonders bevorzugt wird der jeweilige Drehwinkelbereich in Abhängigkeit von der Anzahl der vorhandenen Halbleiterschalter oder Halbbrücken gewählt. Dadurch wird gewährleistet, dass die Halbleiterschalter insgesamt gleichmäßig belastet beziehungsweise durch das Belassen in einer Schaltstellung entlastet werden.The respective angle of rotation range is particularly preferably selected as a function of the number of semiconductor switches or half bridges present. This ensures that the semiconductor switches are loaded evenly overall or are relieved by leaving them in one switching position.
Besonders bevorzugt wird der Drehwinkelbereich derart gewählt, dass er maximal dem Quotienten aus einer vollen elektrischen Umdrehung und der Anzahl der vorhandenen Halbbrücken entspricht. Bei einer Leistungselektronik, die drei Halbbrücken zum Ansteuern von drei elektrischen Phasen der elektrischen Maschine aufweist, ergibt sich als Quotient somit die maximale Zeitdauer von einem Drittel der Zeit für eine elektrische Umdrehung beziehungsweise ein maximaler Drehwinkelbereich von einem Drittel der vollen Umdrehung des Drehwinkels. Hierdurch ist eine einfache Berechnung und Bestimmung des Drehwinkelbereichs beziehungsweise der Zeitdauer des Belassens gewährleistet. Damit ist das Verfahren auch für eine unterschiedliche Anzahl von Halbleiterschaltern oder Halbbrücken in einfacher Art und Weise skalierbar. Vorzugsweise wird ein kleinerer Drehwinkelbereich beziehungsweise eine geringere Zeitdauer, von beispielsweise einem Sechstel der Umdrehung beziehungsweise der Zeit für eine elektrische Umdrehung, verwendet, um sehr geringe oder sehr hohe Tastverhältnisse eher zu vermeiden, weil hierdurch aufgrund der nur kurzen Ein- beziehungsweise Auszeiten der Halbleiterschalter unnütze Schaltverluste entstehen.The angle of rotation range is particularly preferably selected such that it corresponds at most to the quotient of a full electrical revolution and the number of half bridges present. In the case of power electronics which have three half bridges for controlling three electrical phases of the electrical machine, the quotient thus results in the maximum time period of one third of the time for an electrical revolution or a maximum angle of rotation range of one third of the full revolution of the angle of rotation. This ensures a simple calculation and determination of the angle of rotation range or the time duration of the leaving. The method is therefore easily scalable for a different number of semiconductor switches or half bridges. A smaller range of rotation angle or a shorter period of time, for example one sixth of the revolution or the time for an electrical revolution, is preferably used in order to avoid very low or very high duty cycles, because this makes useless due to the short on and off times of the semiconductor switches Switching losses occur.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass als Halbleiterschalter MOSFETs verwendet werden. Insbesondere bei diesen ergibt sich der Vorteil der reduzierten Schaltverluste, der sich auf das Gesamtverhalten der Leistungselektronik, insbesondere in Bezug auf dessen Lebensdauer, vorteilhaft auswirkt.Furthermore, it is preferably provided that MOSFETs are used as semiconductor switches. With these in particular, there is the advantage of reduced switching losses, which has an advantageous effect on the overall behavior of the power electronics, in particular with regard to its service life.
Besonders bevorzugt wird der jeweilige Highside-Schalter in der geöffneten Stellung und der jeweilige Lowside-Halbleiterschalter in der geschlossenen Stellung belassen. Mit Bezug auf eine Halbbrücke ist also vorgesehen, dass dann, wenn der Highside-Halbleiterschalter für die vorgegebene Zeitdauer in einer Schaltstellung belassen werden soll, die geöffnete Stellung gewählt wird, während für den Lowside-Halbleiterschalter die geschlossene Stellung gewählt wird. Dies hat den Vorteil, dass der mithilfe eines Shunt-Widerstands, welcher typischerweise zwischen Lowside-Halbleiterschalter und dem Bezugspunkt der Betriebsspannungsquelle geschaltet ist, der Phasenstrom über die gesamte Zeitdauer beziehungsweise den vollen Drehwinkelbereich und damit die volle Umdrehung gemessen werden kann.The respective highside switch is particularly preferably left in the open position and the respective low-side semiconductor switch in the closed position. With reference to a half-bridge, it is therefore provided that when the high-side semiconductor switch is to be left in a switching position for the predetermined period of time, the open position is selected, while the closed position is selected for the low-side semiconductor switch. This has the advantage that the phase current can be measured over the entire time period or the full rotation angle range and thus the full revolution using a shunt resistor, which is typically connected between the low-side semiconductor switch and the reference point of the operating voltage source.
Alternativ erfolgt eine umgekehrte Ansteuerung, bei welcher der jeweilige Highside-Halbleiterschalter in der geschlossenen Stellung und der jeweilige Lowside-Halbleiterschalter in der geöffneten Stellung für den vorgegebenen Drehwinkelbereich belassen wird.Alternatively, the reverse control takes place, in which the respective high-side semiconductor switch is left in the closed position and the respective low-side semiconductor switch is left in the open position for the predetermined angle of rotation range.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Halbleiterschalter der pulsmoduliert angesteuerten Halbbrücken, also der Halbbrücken, deren Halbleiterschalter nicht in einer Schaltstellung belassen werden, derart durch eine angepasste Pulsweitenmodulation angesteuert, dass sich sinusförmig verkettete Ausgangsspannungen der Halbbrücken ergeben. Hierdurch erfolgt die bereits erwähnte Kompensation der nicht durchgängig pulsweitenmodulierten/angesteuerten Halbbrücke.According to an advantageous development of the invention, the semiconductor switches of the half-bridges controlled by pulse modulation, that is to say the half-bridges whose semiconductor switches are not left in a switching position, are controlled by an adapted pulse width modulation in such a way that sinusoidally linked output voltages of the half-bridges result. This results in the already mentioned compensation of the half-bridge that is not continuously pulse-width-modulated / controlled.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verfahren nur bei Überschreiten einer vorgebbaren Betriebsstromgrenze der Leistungselektronik durchgeführt wird. Damit wird das Verfahren erst dann durchgeführt, wenn der durch die Leistungselektronik fließende Betriebsstrom die vorgegebene Betriebsstromgrenze überschreitet und damit erhöhte Schaltverluste befürchtet werden, die durch das vorteilhafte Verfahren ausgeglichen beziehungsweise vermieden werden können. Bei niedrigen Betriebsströmen wird bevorzugt eine herkömmliche Pulsweitenmodulation angewendet, weil die dabei auftretenden Schaltverluste gegebenenfalls eher gering sind.Furthermore, it is preferably provided that the method is carried out only when a predeterminable operating current limit of the power electronics is exceeded. The method is therefore only carried out when the operating current flowing through the power electronics exceeds the predetermined operating current limit and thus increased switching losses are feared, which can be compensated for or avoided by the advantageous method. At low operating currents, conventional pulse width modulation is preferred applied because the switching losses that occur may be rather low.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 zeichnet sich dadurch aus, dass das Steuergerät speziell dazu hergerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.The device according to the invention with the features of claim 11 is characterized in that the control device is specially designed to carry out the method according to the invention. This results in the advantages already mentioned.
Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.Further advantages and preferred features and combinations of features result in particular from what has been described above and from the claims.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
-
1 eine Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen Maschine in einer vereinfachten Darstellung, -
2 ein Schaubild zur Erläuterung von verketteten Ausgangsspannungen, -
3 eine vereinfachte Darstellung eines vorteilhaften Ansteuerverfahrens der Vorrichtung, -
4 einen beispielhaften durch das Verfahren erzeugten Spannungsverlauf, -
5A und5B Signalverläufe der Vorrichtung, wenn keine Ansteuerung erfolgt, -
6A bis6D Signalverläufe der Vorrichtung bei einer halben Ansteuerung und -
7A bis7D Signalverläufe der Vorrichtung bei voller Ansteuerung.
-
1 a device for operating an electrical machine in a simplified representation, -
2nd a diagram for explaining chained output voltages, -
3rd a simplified representation of an advantageous control method of the device, -
4th an exemplary voltage curve generated by the method, -
5A and5B Signal curves of the device when there is no activation, -
6A to6D Signal curves of the device with half a control and -
7A to7D Signal curves of the device with full control.
Typischerweise wird die elektrische Maschine
Die Ansteuerung der Halbleiterschalter HS1 bis LS3, die vorliegend als MOSFETs ausgebildet sind, erfolgt durch eine Pulsweitenmodulation (PWM) mit konstanter Periodendauer TPWM und variabler Einschaltdauer tein (mit zum Beispiel TPWM = 1/(16 kHz) = 62,5 µs), welche dem mittleren Spannungsverlauf über den Verlauf des Tastverhältnisses tHSxein / TPWM = 1 - tLSxein / TPWM folgt. Wird der Highside-Halbleiterschalter HS1, HS2, HS3 verhältnismäßig lange ein und der zugehörige Lowside-Halbleiterschalter LS1, LS2, LS3 verhältnismäßig lange ausgeschaltet (tHSxein / TPWM > 50%), so ergibt sich eine relativ hohe Halbbrückenspannung (50% UB≤ UHB≤ UB). Wird der jeweilige Lowside-Halbleiterschalter LSx (x = 1 bis 3) relativ lange ein- und der zugehörige Highside-Halbleiterschalter HSx (x = 1 bis 3) relativ lange ausgeschaltet (tHSxein / TPWM < 50%), so ergibt sich eine relativ niedrige mittlere Halbbrückenspannung (50% UB≥ UHB≥ 0V). Die verketteten Spannungen der elektrischen Maschine ergeben sich durch Subtraktion der Halbbrückenspannungen, wie in
Typischerweise werden die Halbbrücken, um verkettete Spannungen in Höhe von 0V zu erzeugen, mit einem Tastverhältnis von 50% angesteuert. Sollen verkette Spannungen größer oder kleiner 0V erzeugt werden, so werden die Halbbrücken mit einem Tastverhältnis größer oder kleiner 50% angesteuert. Das heißt, die Ansteuerung erfolgt symmetrisch aus der Mitte (50%) des Tastverhältnisses heraus.Typically, the half-bridges are driven with a duty cycle of 50% in order to generate linked voltages of 0V. If linked voltages greater or less than 0V are to be generated, the half-bridges are controlled with a pulse duty factor greater than or less than 50%. This means that the control is symmetrical from the middle (50%) of the duty cycle.
Beim Betrieb der Leistungselektronik entstehen aufgrund der durch die Halbleiterschalter HS1-LS3 fließenden Ströme Verluste an ebendiesen. Ein Teil dieser Verluste sind Schaltverluste, welche beim nicht idealen Übergang vom leitenden in den sperrenden Zustand oder umgekehrt entstehen. Jeder der Halbleiterschalter wird bei Anwendung dieses Verfahrens innerhalb einer PWM-Periode einmal ein- und einmal ausgeschaltet. When operating the power electronics, losses occur in the current due to the currents flowing through the semiconductor switches HS1-LS3. Some of these losses are switching losses which arise when the transition from the conductive to the blocking state or vice versa is not ideal. Using this method, each of the semiconductor switches is switched on and off once within a PWM period.
Die Schaltverluste an den Halbleiterschaltern können verringert werden, wenn die Halbleiterschalter weniger oft ein- und ausgeschaltet werden. Dies kann durch veränderte beziehungsweise optimierte Verläufe der Tastverhältnisse, das heißt durch eine veränderte PWM erreicht werden.The switching losses at the semiconductor switches can be reduced if the semiconductor switches are switched on and off less frequently. This can be achieved by changing or optimizing the courses of the duty cycles, that is to say by changing the PWM.
Vorliegend werden optimierte Tastverhältnis- bzw. PWM-Verläufe angewendet, bei welchen zumindest ein Halbleiterschalter HS1 bis LS3 jeder Halbbrücke HB1 bis HB3 in einem Drehwinkelbereich von beispielsweise einem Sechstel der elektrischen Motor-Umdrehung nicht geschaltet beziehungsweise in einer Schaltstellung, geöffnet oder geschlossen, gehalten wird. Vorteilhafterweise bleibt der LS-Halbleiterschalter eingeschaltet und der HS-Halbleiterschalter ausgeschaltet. Der umgekehrte Fall ist jedoch auch möglich. Die anderen beiden Halbbrücken werden mit einer angepassten Pulsweitenmodulation angesteuert, sodass sich weiterhin sinusförmige verkettete Spannungen ergeben. Die Ansteuerung erfolgt nicht symmetrisch aus der Mitte (50%) des Tastverhältnisses heraus sondern einseitig von 0% aus, jedoch unter Vermeidung sehr kleiner Tastverhältnisse, da diese aufgrund der nicht verschwindenden Schaltzeiten ineffektiv sind. Dadurch dass jeweils eine Halbbrücke über beispielsweise 1/6 der elektrischen Umdrehung nicht geschaltet wird, reduzieren sich die Schaltverluste insgesamt um zum Beispiel den Faktor 1/6 (17%).In the present case, optimized duty cycle or PWM curves are used, in which at least one semiconductor switch HS1 to LS3 of each half-bridge HB1 to HB3 is not switched in an angle of rotation range of, for example, one sixth of the electric motor revolution, or is held in a switch position, opened or closed . The LS semiconductor switch advantageously remains switched on and the HS semiconductor switch remains switched off. The reverse case is also possible. The other two half bridges are controlled with an adapted pulse width modulation, so that sinusoidal chained voltages continue to result. The control is not symmetrical from the middle (50%) of the duty cycle, but one-sided from 0%, but avoiding very small duty cycles, since these are ineffective due to the non-disappearing switching times. Because a half bridge is not switched over, for example, 1/6 of the electrical revolution, the switching losses are reduced overall by a factor of 1/6 (17%), for example.
Optional wird das beschriebene Verfahren erst bei relativ großer Aussteuerung beziehungsweise bei großen Strömen angewendet, weil erst dann die Schaltverluste eine entscheidende Rolle spielen. Hierzu wird beispielsweise der Betriebsstrom der Leistungselektronik überwacht und erst bei Überschreiten einer vorgebbaren Betriebsstromgrenze das Verfahren durchgeführt. Bei Betriebsströmen, die unterhalb der Betriebsstromgrenze liegen, wird insbesondere eine herkömmliche Pulsweitenmodulation angewendet.Optionally, the described method is only used with a relatively high modulation or with large currents, because only then the switching losses play a decisive role. For this purpose, for example, the operating current of the power electronics is monitored and the method is only carried out when a predefinable operating current limit is exceeded. For operating currents that are below the operating current limit, a conventional pulse width modulation is used in particular.
Es ergibt sich durch das vorteilhafte Verfahren bei einer Zeitdauer t0 beziehungsweise ausgedrückt als Drehwinkelbereich a in Bezug auf eine volle elektrische Umdrehung von 360° von beispielsweise a = 60° eine Verringerung der Schaltverluste um 17% oder 1/6, damit ein geringerer Gesamtstromverbrauch, wodurch die Effizienz der Vorrichtung 1 verbessert wird. Darüber hinaus erfolgt eine verringerte Erwärmung der Halbleiterschalter, insbesondere der MOSFETs, wodurch diese gegebenenfalls in kleinerer Bauform zu geringerem Preis hergestellt werden können. Außerdem ergibt sich gegebenenfalls eine Platzersparnis. Weiterhin ergeben sich geringere Querströme bei einem nicht idealen Umschaltvorgang von einem Highside-Halbleiterschalter auf einen Lowside-Halbleiterschalter einer der Halbbrücken HB1, HB2, HB3 (und umgekehrt), da jeweils eine der Halbbrücken über beispielsweise 60° elektrischer Umdrehung nicht geschaltet beziehungsweise in der Schaltstellung belassen wird. Der Motor-Phasen-Strom kann beispielsweise über einen Shunt-Widerstand, welcher zwischen dem jeweiligen Lowside-Halbleiterschalter LS1, LS2, LS3 und dem Bezugspunkt der Versorgungsspannung UB geschaltet ist, in der Zeit, in welcher der Lowside-Halbleiterschalter dauerhaft eingeschaltet ist, statisch gemessen werden. Damit ist keine mit der Pulsweitenmodulation synchronisierte Abtastung erforderlich.The advantageous method results in a reduction in switching losses of 17% or 1/6 with a time duration t 0 or expressed as the angle of rotation range a with respect to a full electrical revolution of 360 ° of, for example, a = 60 °, so that a lower total power consumption whereby the efficiency of the
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