DE102020110456A1

DE102020110456A1 - Dynamische trägerwellenformmodifikation zum vermeiden von gleichzeitigem ein /ausschalten

Info

Publication number: DE102020110456A1
Application number: DE102020110456.1A
Authority: DE
Inventors: Srikanthan Sridharan; Jun Kikuchi
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2020-10-22
Also published as: US10587185B1; CN111835184A

Abstract

Diese Offenbarung stellt eine dynamische Trägerwellenformmodifikation zum Vermeiden von gleichzeitigem Ein-/Ausschalten bereit. Ein Leistungselektronik-Schaltsystem weist einen Leistungswandler, der Schaltelemente beinhaltet, die jeweils in parallelen Pfaden angeordnet sind, welche elektrisch mit einer elektrischen Maschine verbunden sind und unterschiedliche Phasen von dieser definieren. Das System weist zudem eine Steuerung auf, die Schaltbefehle für die Schaltelemente ausgibt, die aus Trägerwellenformen und Referenzwellenformen abgeleitet sind, welche den Schaltelementen entsprechen, und eine Form für eine der Trägerwellenformen gemäß einer Differenz der Größen zwischen den Referenzwellenformen generiert, sodass die Form als Reaktion darauf, dass die Differenz über einem ersten Schwellenwert liegt, von einer ersten Art ist und als Reaktion darauf, dass Differenz unter einem zweiten Schwellenwert liegt, von einer zweiten Art ist, die sich von der ersten Art unterscheidet.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Diese Offenbarung betrifft die Steuerung von Leistungshalbleitervorrichtungen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Leistungshalbleiter werden als Schalter oder Gleichrichter in bestimmter Leistungselektronik, wie etwa Schaltnetzteilen, verwendet. Sie werden auch als Leistungsvorrichtungen oder bei Verwendung in integrierten Schaltungen als integrierte Leistungsschaltungen (integrated circuit - IC) bezeichnet. Ein Leistungshalbleiter wird in der Regel im Kommutierungsmodus verwendet (er ist entweder ein- oder ausgeschaltet) und weist eine für diese Verwendung optimierte Ausgestaltung auf. Leistungshalbleiter sind in Systemen zu finden, die einige zehn Milliwatt abgeben, (z. B. einem Kopfhörerverstärker) und in Systemen, die ein Gigawatt abgeben, (z. B. einer Hochspannungs-Gleichstromübertragungsleitung).
Bei bestimmten Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (metal-oxide-semiconductor fieldeffect transistors - MOSFETs), einer Art von Leistungshalbleiter, handelt es sich um Verarmungskanalvorrichtungen: unter Umständen wird Spannung, nicht Strom, benötigt, um eine Leitungsstrecke von Drain zu Source herzustellen. Bei niedrigen Frequenzen kann dies den Gate-Strom reduzieren, da dieser die Gate-Kapazität nur während des Schaltens laden muss. Die Schaltzeiten reichen von einigen zehn Nanosekunden bis zu einigen hundert Mikrosekunden. In der Regel sind MOSFET-Vorrichtungen nicht bidirektional und stellen keine Rückwärtsspannungsblockierung bereit.
Ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (insulated-gate bipolar transistor - IGBT), eine andere Art von Leistungshalbleiter, weist häufig Eigenschaften auf, die er mit bipolaren Sperrschichttransistoren (bipolar junction transistor - BJT) und MOSFETs gemein hat. Wie ein MOSFET kann er eine hohe Gate-Impedanz und somit geringe Gate-Strom-Anforderungen aufweisen. Im Betriebsmodus kann er wie ein BJT ebenfalls einen geringen Spannungsabfall im angeschalteten Zustand aufweisen. Bestimmte IGBTs können zum Blockieren von sowohl positiven als auch negativen Spannungen verwendet werden und weisen eine im Vergleich zu MOSFET-Vorrichtungen reduzierte Eingangskapazität auf.
KURZDARSTELLUNG
Ein Leistungselektronik-Schaltsystem weist einen Leistungswandler, der Schaltelemente beinhaltet, die jeweils in parallelen Pfaden angeordnet sind, welche elektrisch mit einer elektrischen Maschine verbunden sind und unterschiedliche Phasen von dieser definieren, sowie eine Steuerung auf. Die Steuerung gibt Schaltbefehle für die Schaltelemente aus, die aus periodischen Trägerwellenformen und Referenzwellenformen abgeleitet sind, welche den Schaltelementen entsprechen, und ändert als Reaktion darauf, dass eine Differenz der Größen der Referenzwellenformen unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt, eine Form einer der periodischen Trägerwellenformen, um ein gleichzeitiges Schalten der Schaltelemente zu verhindern.
Ein Leistungselektronik-Schaltsystem weist einen Leistungswandler, der Schaltelemente beinhaltet, die jeweils in parallelen Pfaden angeordnet sind, welche elektrisch mit einer elektrischen Maschine verbunden sind und unterschiedliche Phasen von dieser definieren, sowie eine Steuerung auf. Die Steuerung gibt Schaltbefehle für die Schaltelemente aus, die aus Trägerwellenformen und Referenzwellenformen abgeleitet sind, welche den Schaltelementen entsprechen, und generiert eine Form für eine der Trägerwellenformen gemäß einer Differenz der Größen zwischen den Referenzwellenformen, sodass die Form als Reaktion darauf, dass die Differenz über einem ersten Schwellenwert liegt, von einer ersten Art ist und als Reaktion darauf, dass Differenz unter einem zweiten Schwellenwert liegt, von einer zweiten Art ist, die sich von der ersten Art unterscheidet.
Ein Verfahren zum Steuern eines Leistungselektronik-Schaltsystems beinhaltet das Ausgeben von Schaltbefehlen für Schaltelemente, die jeweils in parallelen Pfaden angeordnet sind, welche elektrisch mit einer elektrischen Maschine verbunden sind und unterschiedliche Phasen von dieser definieren. Die Schaltbefehle werden aus periodischen Trägerwellenformen und Referenzwellenformen abgeleitet, die den Schaltelementen entsprechen. Das Verfahren beinhaltet zudem als Reaktion darauf, dass eine Differenz der Größen der Referenzwellenformen unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt, das Ändern einer Phase einer der periodischen Trägerwellenformen, um ein gleichzeitiges Schalten der Schaltelemente zu verhindern.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Leistungssystems.
2 ist eine schematisches Darstellung eines Fahrzeugs.
3 ist eine graphische Darstellung der Spannung gegen die Zeit, die mit nicht überlappenden Schaltzeitpunkten für ein Paar von Schaltern aus 2 assoziiert ist.
4 ist eine graphische Darstellung der Spannung gegen die Zeit, die mit überlappenden Schaltzeitpunkten für das Paar von Schaltern aus 2 assoziiert ist.
5A ist eine graphische Darstellung der Größen der Träger- und der ersten und der zweiten Referenzwellenform gegen die Zeit.
5B und 5C sind graphische Darstellungen der Größen eines ersten bzw. eines zweiten Schaltimpulses, die mit den Wellenformen aus 5A assoziiert sind, gegenüber der Zeit.
6A und 6C sind graphische Darstellungen der Größen einer ersten bzw. einer zweiten Träger- und eienr Referenzwellenform gegen die Zeit.
6B und 6D sind graphische Darstellungen der Größen eines ersten bzw. eines zweiten Schaltimpulses, die mit den Wellenformen aus den 6A und 6C assoziiert sind, gegenüber der Zeit.
7A und 7C sind graphische Darstellungen der Größen einer ersten bzw. einer zweiten Träger- und eienr Referenzwellenform gegen die Zeit.
7B und 7D sind graphische Darstellungen der Größen eines ersten bzw. eines zweiten Schaltimpulses, die mit den Wellenformen aus den 7A und 7C assoziiert sind, gegenüber der Zeit.
8A und 8C sind graphische Darstellungen der Größen einer ersten bzw. einer zweiten Träger- und eienr Referenzwellenform gegen die Zeit.
8B und 8D sind graphische Darstellungen der Größen eines ersten bzw. eines zweiten Schaltimpulses, die mit den Wellenformen aus den 8A und 8C assoziiert sind, gegenüber der Zeit.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In dieser Schrift werden unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die offenbarten Ausführungsformen sind jedoch lediglich beispielhaft und andere Ausführungsformen können unterschiedliche und alternative Formen annehmen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind in dieser Schrift offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um einen Durchschnittsfachmann die unterschiedliche Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, welche in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen herzustellen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen aus Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Immer dann, wenn sich in einem mehrschenkligen Wandler oder mehreren Leistungswandlern, die mit einem gemeinsamen DC-Bus verbunden sind, Einschalt- (Ausschalt-)Zeitpunkte in Halbleiterschaltern in zwei unterschiedlichen Schenkeln überlappen (gleichzeitiges Schalten), entstehen höhere Spannungsspitzen über die Halbleitervorrichtungen, als wenn sich jeweilige Einschalt- (Ausschalt-)Zeitpunkte nicht überlappen.
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet beispielsweise ein Leistungssystem 10 eine Traktionsbatterie 12 und ein Paar von Schenkeln 14, 16 in Parallelschaltung zu der Traktionsbatterie 12. Der Schenkel 14 beinhaltet Halbleiterschalter 18, 20 in Reihenschaltung. Der Schenkel 16 beinhaltet Halbleiterschalter 22, 24 in Reihenschaltung. Die assoziierten parasitären Induktivitäten L_com, L_1p, L_1n, L_2p, L_2n sind ebenfalls gezeigt. Immer dann, wenn sich in einem derartigen System Einschalt- (Ausschalt-)Zeitpunkte beim Schalten in den Schenkeln 14, 16 überlappen (gleichzeitiges Schalten), entstehen höhere Spannungsspitzen über die Halbleitervorrichtungen, als wenn sich jeweilige Einschalt- (Ausschalt-)Zeitpunkte nicht überlappen. Wenn sich zum Beispiel die Ausschaltzeitpunkte für die Halbleiterschalter 18, 22 überlappen, entstehen höhere Spannungsspitzen über den Halbleiterschaltern 18, 22, als wenn sich die Ausschaltzeitpunkte nicht überlappen. Die kombinierte momentane Änderung des Stroms (di/dt), der beim gleichzeitigen Schalten (d(i₁+i₂)/dt) durch die den Schenkeln 14, 16 gemeinsame parasitäre Induktivität L_com fließt, ist höher als wenn kein gleichzeitiges Schalten erfolgt, was zu einer höheren Spannung V_com über die parasitäre Induktivität L_com führt, wie in 1 angegeben. Diese zusätzliche Überspannungsspitze kann zu Problemen bei einer Vorrichtung führen, die einer solchen Spannung nicht standhalten kann, was zur Auswahl von Vorrichtungen mit höheren Spannungsfestigkeiten führt, wodurch möglicherweise Kosten und/oder das Volumen erhöht werden.
Das Vorstehende gilt auch für mehrere Leistungswandler, die mit einem gemeinsamem DC-Bus verbunden sind. Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet beispielsweise ein Fahrzeug 26 ein Leistungssystem 28. Das Leistungssystem 28 beinhaltet eine Traktionsbatterie 30, einen DC-DC-Wandler 32, ein Paar von Wechselrichtern 34, einen Generator 3 8, einen Motor 40 und (eine) Steuerung(en) 42. Der DC-DC-Wandler beinhaltet einen Kondensator 42, einen Induktor 44, ein Paar von Halbleiterschaltern 46, 48 in Reihenschaltung und a DC-Zwischenkreiskondensator 50. Der Wechselrichter 34 beinhaltet Phasenschenkel 52, 54, 56 in Parallelschaltung zueinander und zu dem DC-Zwischenkreiskondensator 50. Der Phasenschenkel 52 beinhaltet Halbleiterschalter 58, 60 in Reihenschaltung. Der Phasenschenkel 54 beinhaltet Halbleiterschalter 62, 64 in Reihenschaltung. Und der Phasenschenkel 56 beinhaltet Halbleiterschalter 66, 68 in Reihenschaltung. Gleichermaßen beinhaltet der Wechselrichter 36 Phasenschenkel 70, 72, 74 in Parallelschaltung zueinander und zu dem DC-Zwischenkreiskondensator 50. Der Phasenschenkel 70 beinhaltet Halbleiterschalter 76, 78 in Reihenschaltung. Der Phasenschenkel 72 beinhaltet Halbleiterschalter 80, 82 in Reihenschaltung. Und der Phasenschenkel 74 beinhaltet Halbleiterschalter 84, 86 in Reihenschaltung.
Durch den Generator 38 generierte Leistung kann durch den Wechselrichter 34 von AC in DC umgewandelt und durch den DC-DC-Wandler zur Abgabe an die Traktionsbatterie 30 abwärtsgewandelt werden. Leistung aus der Traktionsbatterie 30 kann durch den DC-DC-Wandler 32 aufwärtsgewandelt und durch den Wechselrichter 36 von DC zu AC zur Abgabe an den Elektromotor 40 umgewandelt werden. Die Steuerung(en) 42 kommuniziert/kommunizieren mit der Traktionsbatterie 30, dem DC-DC-Wandler 32, den Wechselrichtern 34, 36, dem Generator 38 und dem Motor 40 und steuert/steuern deren Betrieb. Die Steuerung(en) 42 kann/können zudem die in dieser Schrift in Betracht gezogenen Algorithmen/Verfahren/Prozesse durchführen.
Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 zeigt die experimentelle Beobachtung der Spannungen über die Schalter 58, 76, wenn sie nicht gleichzeitig geschaltet werden, Spitzenspannungen von 350 V bzw. 300 V. Unter Bezugnahme auf die 2 und 4 zeigt die experimentelle Beobachtung der Spannungen über die Schalter 58, 76, wenn sie gleichzeitig geschaltet werden, Spitzenspannungen von 385 V bzw. 370 V.
Unter Bezugnahme auf die 5A bis 5C werden die durch eine Steuerung generierten Schaltsignale an Halbleiterschaltvorrichtungen als Ergebnis des Vergleichs zwischen der Modulations- (Referenz-)Wellenform und der Trägerwellenform generiert. Wenn der Wert der Modulationswellenform für einen Schenkel größer als die Trägerwellenform ist, befindet sich der Schaltimpuls für den entsprechenden oberen Schalter dieses Schenkels im hohen Zustand, andernfalls im niedrigen Zustand. Ein Beispiel für gleichzeitige Ausschaltzeitpunkte wird abgebildet, wenn die Referenzwellenformen den gleichen Wert aufweisen.
Hier schlagen wir vor, das Auftreten von Schaltüberlappungen zwischen Halbleitervorrichtungen in unterschiedlichen Wechselrichterschenkeln zu vermeiden, indem der Zeitpunkt des Schaltens eines der am gleichzeitigen Schalten beteiligten Vorrichtungen absichtlich entweder in einer dynamischen (spontan) oder einer vorprogrammierten Weise unter Verwendung einer Änderung einer oder mehrerer Eigenschaften des Trägers, wie etwa seiner Wellenform, Phase, Frequenz, Amplitude oder Steigung, verschoben wird.
Unter Bezugnahme auf die 6A bis 6D ist ein Beispiel für eine Änderung der dynamischen Trägerwellenform gezeigt. Dreieckige Wellenformen werden im Normalbetrieb verwendet. Immer dann, wenn ein potentielles gleichzeitiges Schaltereignis erwartet wird, weil eine Größendifferenz zwischen den Referenzwellenformen unter einen Schwellenwert fällt, wird eine der Trägerwellenformen (z.B. Wellenform 2) von der Dreiecksform zur Sägezahnform mit der gleichen Frequenz, und bei der die Vorderkante des Sägezahns am Talpunkt der dreieckigen Trägerwellenform von 6A positioniert ist, dynamisch geändert. Der Schwellenwert kann basierend auf ausgewählt Simulations-/Testergebnissen und Anwendungsanforderungen ausgewählt werden. Dies stellt sicher, dass das Ausschaltereignis in dem zweiten Schenkel ausschließlich an der Vorderflanke der Sägezahnwellenform auftritt, wodurch ein gleichzeitiges Ausschalten aufgrund des gleichzeitigen Talpunktes des dreieckigen Trägers aus 6A vermieden wird. Die Trägerwellenform für den zweiten Schenkel kann von der Sägezahn- auf die ursprüngliche dreieckige Geometrie im Anschluss an die Überwindung des gleichzeitigen Schaltereignisses, nach Abschluss eines Trägerwellenformzyklus, nach einer vorbestimmten Zeitspanne oder als Reaktion darauf zurückgesetzt werden, dass die Größendifferenz zwischen den Referenzwellenformen einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, der sich möglicherweise von dem zum Auslösen der Änderung verwendeten Schwellenwert unterscheidet. Durch ein erzwungenes Ausschalten zum richtigen Zeitpunkt auf dem zweiten Schenkel wird effektiv eine Ausschaltüberlappung vermieden.
Unter Bezugnahme auf die 7A bis 7D können, anstatt nur eine der Trägerwellenformen zu ändern, beide Trägerwellenformen geändert werden. Beide Trägerwellenformen für den ersten und den zweiten Schenkel werden vom Dreieck zur Vorderflanke bzw. der abfallenden Flanke des Sägezahns geändert. Die Ausschaltereignisse in den oberen Schaltern beider Schenkel sind somit durch eine Sägezahnzeitspanne getrennt.
Unter Bezugnahme auf die 8A bis 8D kann die Phase einer (oder beider) der Trägerwellenformen geändert werden. Als Reaktion darauf, dass eine Differenz der Größe zwischen den Referenzwellenformen unter einen Schwellenwert fällt, kann bewirkt werden, dass eine der Trägerwellenformen eine Nullfrequenz-Verweilzeit oder eine andere Schaltfrequenz (gestrichelte Linie) für eine bestimmte Zeitspanne aufweist, bevor zur ursprünglichen Schaltfrequenz zurückgekehrt wird.
Anstelle einer dynamischen Änderung einer oder beider Trägerwellenformen, um ein gleichzeitiges Schalten zu vermeiden, können die Trägerwellenformen durch Generieren fester Trägergeometrien, die unerwünschte gleichzeitige Schaltereignisse immer verhindern, vorprogrammiert sein. Beispielsweise unter Verwendung von Sägezahn-Trägerwellenformen mit Vorderflanke, die jedoch um beispielsweise eine halbe Zeitspanne zueinander phasenverschoben sind, treten die Vorderflanken (und damit das Ausschalten) der beiden Wellenformen um die gegebene Phasenverschiebung getrennt auf. Ein ähnliches Beispiel kann unter Verwendung phasenverschobener Trägerwellenformen mit abfallender Flanke gezeigt werden.
Unter Verwendung von flankensynchronisierten Sägezahn-Trägerwellenformen mit Vorder- und abfallenden Flanken können gleichzeitige Ausschalt- und gleichzeitige Einschaltereignisse zwischen den Schaltschenkeln vermieden werden. Obwohl die Verwendung von Flankensynchronisation zum Einschalten in dem Schenkel und zum selben Zeitpunkt zum Ausschalten in dem anderen Schenkel führt, ist die Überspannungsspitze nicht so groß wie im Fall eines gleichzeitigen Einschaltens oder Ausschaltens in beiden Schenkeln. In der Tat kann die Verwendung von Flankensynchronisation in diesem Fall aufgrund der gegensätzlichen di/dt-Natur bei den Schaltstromwellenformen in den beiden Schenkeln die positive Wirkung der Reduzierung der Überspannungsspitze aufweisen.
Andere Eigenschaften der Trägerwellenform, einschließlich unter anderem Frequenz, Amplitude und Steigung, können ebenfalls modifiziert werden, um das Auftreten von Schaltüberlappungen zu vermeiden. Obwohl in den vorstehenden Beispielen zur Vereinfachung und zum leichteren Verständnis dreieckige und sägezahnförmige Trägerwellenformmodifikationen gezeigt wurden, werden auch andere Wellenformen in Betracht gezogen. Trägermodifikationsschemata können auch entwickelt werden, um neben der Vermeidung von Schaltüberlappungen auch andere Vorteile zu kombinieren. Das Einführen einer zufälligen Variation von Trägerfrequenzen in eine oder beide Wellenformen innerhalb eines zulässigen Bereichs kann beispielsweise ebenfalls vorteilhaft sein, um eine verbesserte Rausch-, Vibrations- und Rauheit-Leistung zu erzielen.
Die offenbarten Algorithmen, Prozesse, Verfahren, Logik oder Strategien können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein und/oder durch diese(n) umgesetzt werden, die/der eine beliebige bestehende programmierbare elektronische Steuereinheit oder dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann. Gleichermaßen können die Algorithmen, Prozesse, Verfahren, Logik oder Strategien als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die von einer Steuerung oder einem Computer in vielen Formen ausgeführt werden können, einschließlich unter anderem Informationen, die permanent auf verschiedenen Arten von Erzeugnissen, die dauerhafte nicht beschreibbare Speichermedien, wie etwa ROM-Vorrichtungen, beinhalten können, gespeichert sind, sowie Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien, wie etwa Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Vorrichtungen und anderen magnetischen und optischen Medien gespeichert sind. Die Algorithmen, Prozesse, Verfahren oder Strategien können auch in einem durch Software ausführbaren Objekt umgesetzt werden. Alternativ können sie vollständig oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten, wie etwa anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Arrays (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder anderer Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination von Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten, ausgeführt sein.
Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende und nicht um einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang der Offenbarung und der Patentansprüche abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um Ausführungsformen zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen eventuell so beschrieben sind, dass sie Vorteile bereitstellen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften bevorzugt werden, liegt für den Durchschnittsfachmann auf der Hand, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften beeinträchtigt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Zu diesen Attributen gehören unter anderem Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Kosten über die Lebensdauer hinweg, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben werden, liegen daher nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Leistungselektronik-Schaltsystem bereitgestellt, aufweisend: einen Leistungswandler, der Schaltelemente beinhaltet, die jeweils in parallelen Pfaden angeordnet sind, welche elektrisch mit einer elektrischen Maschine verbunden sind und unterschiedliche Phasen von dieser definieren; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, Schaltbefehle für die Schaltelemente auszugeben, die aus periodischen Trägerwellenformen und Referenzwellenformen abgeleitet sind, welche den Schaltelementen entsprechen, und als Reaktion darauf, dass eine Differenz der Größen der Referenzwellenformen unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt, eine Form einer der periodischen Trägerwellenformen zu ändern, um ein gleichzeitiges Schalten der Schaltelemente zu verhindern.
Gemäß einer Ausführungsform weist die eine der periodischen Trägerwellenformen vor dem Ändern eine erste Form und nach dem Ändern eine zweite Form auf, und wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion auf den Abschluss eines Zyklus der einen der periodischen Trägerwellenformen mit der zweiten Form die eine der Trägerwellenformen in die erste Form zurückzubringen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Form eines von dreieckig und sägezahnförmig und ist die zweite Form das andere von dreieckig und sägezahnförmig.
Gemäß einer Ausführungsform weist die eine der Trägerwellenformen vor dem Ändern eine erste Form und nach dem Ändern eine zweite Form auf, und wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Differenz einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, die eine der Trägerwellenformen in die erste Form zurückzubringen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Form eines von dreieckig und sägezahnförmig und ist die zweite Form das andere von dreieckig und sägezahnförmig.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die periodischen Trägerwellenformen vor dem Ändern die gleiche Form auf.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die periodischen Trägerwellenformen die gleiche Phase auf.
Gemäß einer Ausführungsform sind die parallelen Pfade elektrisch mit einer oder mehreren elektrischen Maschinen verbunden und definieren unterschiedliche Phasen von diesen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Leistungselektronik-Schaltsystem bereitgestellt, aufweisend: einen Leistungswandler, der Schaltelemente beinhaltet, die jeweils in parallelen Pfaden elektrisch mit einer elektrischen Maschine verbunden sind und unterschiedliche Phasen von dieser definieren; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, Schaltbefehle für die Schaltelemente auszugeben, die aus Trägerwellenformen und Referenzwellenformen abgeleitet sind, welche den Schaltelementen entsprechen, und eine Form für eine der Trägerwellenformen gemäß einer Differenz der Größen zwischen den Referenzwellenformen zu generieren, sodass die Form als Reaktion darauf, dass die Differenz über einem ersten Schwellenwert liegt, von einer ersten Art ist und als Reaktion darauf, dass Differenz unter einem zweiten Schwellenwert liegt, von einer zweiten Art ist, die sich von der ersten Art unterscheidet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Art eines von dreieckig oder sägezahnförmig und ist die zweite Art das andere von dreieckig oder sägezahnförmig.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Trägerwellenformen die gleiche Phase auf.
Gemäß einer Ausführungsform sind der erste und der zweite Schwellenwert gleich.
Gemäß einer Ausführungsform sind die parallelen Pfade elektrisch mit einer oder mehreren elektrischen Maschinen verbunden und definieren unterschiedliche Phasen von diesen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines Leistungselektronik-Schaltsystems bereitgestellt, aufweisend: das Ausgeben von Schaltbefehlen für Schaltelemente, die jeweils in parallelen Pfaden angeordnet sind, welche elektrisch mit einer elektrischen Maschine verbunden sind und unterschiedliche Phasen von dieser definieren, wobei die Schaltbefehle aus periodischen Trägerwellenformen und Referenzwellenformen abgeleitet sind, welche den Schaltelementen entsprechen; und als Reaktion darauf, dass eine Differenz der Größen der Referenzwellenformen unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt, das Ändern einer Phase einer der periodischen Trägerwellenformen, um ein gleichzeitiges Schalten der Schaltelemente zu verhindern.
Gemäß einer Ausführungsform weist die eine der periodischen Trägerwellenformen vor dem Ändern eine erste Phase und nach dem Ändern eine zweite Phase auf, ferner umfassend, als Reaktion auf den Abschluss eines Zyklus der einen der periodischen Trägerwellenformen mit der zweiten Phase, das Zurückbringen der einen der Trägerwellenformen in die erste Phase.
Gemäß einer Ausführungsform weist die eine der Trägerwellenformen vor dem Ändern eine erste Phase und nach dem Ändern eine zweite Phase auf, ferner umfassend, als Reaktion darauf, dass die Differenz einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, das Zurückbringen der einen der Trägerwellenformen in die erste Phase.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Trägerwellenformen vor dem Ändern die gleiche Form auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Form vor dem Ändern dreieckig.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Form vor dem Ändern sägezahnförmig.

Claims

Leistungselektronik-Schaltsystem, umfassend: einen Leistungswandler, der Schaltelemente beinhaltet, die jeweils in parallelen Pfaden angeordnet sind, welche elektrisch mit einer elektrischen Maschine verbunden sind und unterschiedliche Phasen von dieser definieren; und eine Steuerung, die zu Folgendem programmiert ist: das Ausgeben von Schaltbefehlen für die Schaltelemente, welche aus periodischen Trägerwellenformen und Referenzwellenformen abgeleitet sind, die den Schaltelementen entsprechen, und als Reaktion darauf, dass eine Differenz der Größen der Referenzwellenformen unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt, das Ändern einer Form einer der periodischen Trägerwellenformen, um ein gleichzeitiges Schalten der Schaltelemente zu verhindern.
Leistungselektronik-Schaltsystem nach Anspruch 1, wobei die eine der periodischen Trägerwellenformen vor dem Ändern eine erste Form und nach dem Ändern eine zweite Form aufweist, und wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion auf den Abschluss eines Zyklus der einen der periodischen Trägerwellenformen mit der zweiten Form die eine der Trägerwellenformen in die erste Form zurückzubringen.
Leistungselektronik-Schaltsystem nach Anspruch 2, wobei die erste Form eines von dreieckig und sägezahnförmig ist und die zweite Form das andere von dreieckig und sägezahnförmig ist.
Leistungselektronik-Schaltsystem nach Anspruch 1, wobei die eine der Trägerwellenformen vor dem Ändern eine erste Form und nach dem Ändern eine zweite Form aufweist, und wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Differenz einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, die eine der Trägerwellenformen in die erste Form zurückzubringen.
Leistungselektronik-Schaltsystem nach Anspruch 4, wobei die erste Form eines von dreieckig und sägezahnförmig ist und die zweite Form das andere von dreieckig und sägezahnförmig ist.
Leistungselektronik-Schaltsystem nach Anspruch 1, wobei die periodischen Trägerwellenformen vor dem Ändern die gleiche Form aufweisen.
Leistungselektronik-Schaltsystem nach Anspruch 1, wobei die periodischen Trägerwellenformen die gleiche Phase aufweisen.
Leistungselektronik-Schaltsystem, umfassend: einen Leistungswandler, der Schaltelemente beinhaltet, die jeweils in parallelen Pfaden angeordnet sind, welche elektrisch mit einer elektrischen Maschine verbunden sind und unterschiedliche Phasen von dieser definieren; und eine Steuerung, die zu Folgendem programmiert ist: das Ausgeben von Schaltbefehlen für die Schaltelemente, welche aus Trägerwellenformen und Referenzwellenformen abgeleitet sind, die den Schaltelementen entsprechen, und das Generieren einer Form für eine der Trägerwellenformen gemäß einer Differenz der Größen zwischen den Referenzwellenformen, sodass die Form als Reaktion darauf, dass die Differenz über einem ersten Schwellenwert liegt, von einer ersten Art ist und als Reaktion darauf, dass Differenz unter einem zweiten Schwellenwert liegt, von einer zweiten Art ist, die sich von der ersten Art unterscheidet.
Leistungselektronik-Schaltsystem nach Anspruch 8, wobei die erste Art eines von dreieckig oder sägezahnförmig ist und die zweite Art das andere von dreieckig oder sägezahnförmig ist.
Leistungselektronik-Schaltsystem nach Anspruch 8, wobei die Trägerwellenformen die gleiche Phase aufweisen.
Leistungselektronik-Schaltsystem nach Anspruch 8, wobei der erste und der zweite Schwellenwert gleich sind.
Verfahren zum Steuern eines Leistungselektronik-Schaltsystems, umfassend: das Ausgeben von Schaltbefehlen für Schaltelemente, die jeweils in parallelen Pfaden angeordnet sind, welche elektrisch mit einer elektrischen Maschine verbunden sind und unterschiedliche Phasen von dieser definieren, wobei die Schaltbefehle aus periodischen Trägerwellenformen und Referenzwellenformen abgeleitet sind, die den Schaltelementen entsprechen; und als Reaktion darauf, dass eine Differenz der Größen der Referenzwellenformen unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt, das Ändern einer Phase einer der periodischen Trägerwellenformen, um ein gleichzeitiges Schalten der Schaltelemente zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die eine der periodischen Trägerwellenformen vor dem Ändern eine erste Phase und nach dem Ändern eine zweite Phase aufweist, ferner umfassend, als Reaktion auf den Abschluss eines Zyklus der einen der periodischen Trägerwellenformen mit der zweiten Phase, das Zurückbringen der einen der Trägerwellenformen in die erste Phase.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die eine der Trägerwellenformen vor dem Ändern eine erste Phase und nach dem Ändern eine zweite Phase aufweist, ferner umfassend, als Reaktion darauf, dass die Differenz einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, das Zurückbringen der einen der Trägerwellenformen in die erste Phase.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Trägerwellenformen vor dem Ändern die gleiche Form aufweisen.