DE102020118024A1 - Technology for activating a control of a power stage - Google Patents
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Abstract
Ein Aspekt betrifft eine Vorrichtung (100) zur Freischaltung einer Ansteuerung einer Leistungsstufe (200) einer elektrischen Maschine (300). Die Vorrichtung umfasst einen ersten Eingang (102) zur Erfassung eines Sicherheitsfunktionssignals und einen zweiten Eingang (104) zur Erfassung eines Referenzpotentials des Sicherheitsfunktionssignals. Die Vorrichtung umfasst ferner einen oder mindestens zwei Abschaltwege (106) der Ansteuerung. Jeder Abschaltweg (106) umfasst jeweils einen Eingangskoppler (110), der eingangsseitig zwischen den ersten Eingang (102) und den zweiten Eingang (104) geschaltet ist und dazu ausgebildet ist, das Sicherheitsfunktionssignal galvanisch getrennt von den Eingängen (102, 104) zu übertragen; mindestens einen Ausgang (130) zur Ansteuerung eines Schalters einer Halbbrücke der Leistungsstufe (200); und mindestens eine Modulationslogikeinheit (120), die dazu ausgebildet ist, ein dem jeweiligen Schalter zugeordnetes Modulationssignal (166; 168) und das vom jeweiligen Eingangskoppler (110) übertragene Sicherheitsfunktionssignal logisch zu verknüpfen und am Ausgang (130) als freischaltbares Modulationssignal (108) auszugeben.One aspect relates to a device (100) for enabling control of a power stage (200) of an electrical machine (300). The device comprises a first input (102) for detecting a safety function signal and a second input (104) for detecting a reference potential of the safety function signal. The device also includes one or at least two switch-off paths (106) of the control. Each switch-off path (106) includes an input coupler (110), which is connected on the input side between the first input (102) and the second input (104) and is designed to transmit the safety function signal in a manner that is electrically isolated from the inputs (102, 104). ; at least one output (130) for driving a switch of a half-bridge of the power stage (200); and at least one modulation logic unit (120) which is designed to logically link a modulation signal (166; 168) assigned to the respective switch and the safety function signal transmitted by the respective input coupler (110) and to output it at the output (130) as a modulation signal (108) which can be activated .
Description
Die Erfindung betrifft eine Technik zur Freischaltung einer Ansteuerung einer Leistungsstufe einer elektrischen Maschine. Insbesondere sind, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Vorrichtung zur Freischaltung einer Leistungsstufe und ein damit ausgestatteter Frequenzumrichter offenbart.The invention relates to a technique for enabling control of a power stage of an electrical machine. In particular, without being limited thereto, a device for enabling a power stage and a frequency converter equipped therewith are disclosed.
Zum Antrieb eines Elektromotors existieren bereits Frequenzumrichter mit einer Funktion zur sicheren Drehmoment-Unterbrechung, die fachsprachlich als „Safe Torque Off“-Funktion (STO-Funktion) bezeichnet wird. Das Dokument
Jedoch muss für dieses Prinzip das dynamische Signal erzeugt werden. Dies kann z.B. durch einen Mikrocontroller geschehen oder durch einen andersartigen Taktgenerator. Zusätzlich muss das dynamische Signal durch eine Verarbeitungseinheit ausgewertet werden.However, the dynamic signal must be generated for this principle. This can be done, for example, by a microcontroller or by a different type of clock generator. In addition, the dynamic signal must be evaluated by a processing unit.
Während eine solche Konstruktion mit vertretbarem Mehraufwand realisierbar ist für Frequenzumrichter, die für weitere Funktionen einen Mikrocontroller benötigen, ist der Einsatz eines Mikrocontrollers oder anderer aufwendiger Schaltungen ausschließlich zur Dynamisierung unverhältnismäßig, beispielsweise bei einfachen Drehzahlstartern. Insbesondere ist noch keine STO-Funktion bei einfachen Drehzahlstartern bekannt.While such a design can be implemented with reasonable additional effort for frequency converters that require a microcontroller for other functions, the use of a microcontroller or other complex circuits solely for dynamization is disproportionate, for example with simple variable speed starters. In particular, no STO function is known for simple variable speed starters.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Technik zur sicheren Freischaltung der Steuerung einer Leistungsstufe, insbesondere einer STO-Funktion, anzugeben, die ohne aufwändige Dynamisierung des Eingangssignals auskommt, vorzugsweise die auch in einen einfachen Drehzahlstarter integrierbar ist.The invention is therefore based on the object of specifying a technique for safely enabling the control of a power stage, in particular an STO function, which does not require complex dynamization of the input signal, and which can preferably also be integrated into a simple variable-speed starter.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is solved with the features of the independent claims. Expedient refinements and advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.Exemplary embodiments of the invention are described below with partial reference to the figures.
Ein erster Aspekt betrifft eine Vorrichtung zur Freischaltung einer Ansteuerung einer Leistungsstufe einer elektrischen Maschine. Die Vorrichtung umfasst einen ersten Eingang zur Erfassung oder zum Anschluss eines Sicherheitsfunktionssignals und einen zweiten Eingang zur Erfassung oder zum Anschluss eines Referenzpotentials des Sicherheitsfunktionssignals. Ferner umfasst die Vorrichtung einen oder mindestens zwei Abschaltwege der Ansteuerung. Jeder Abschaltweg umfasst jeweils:
- - einen Eingangskoppler, der eingangsseitig zwischen den ersten Eingang und den zweiten Eingang geschaltet ist und dazu ausgebildet ist, das Sicherheitsfunktionssignal galvanisch getrennt von den Eingängen zu übertragen;
- - mindestens einen Ausgang zur Ansteuerung eines Schalters einer Halbbrücke der Leistungsstufe; und
- - mindestens eine Modulationslogikeinheit, die dazu ausgebildet ist, ein dem jeweiligen Schalter zugeordnetes Modulationssignal und das vom jeweiligen Eingangskoppler übertragene Sicherheitsfunktionssignal logisch zu verknüpfen und am Ausgang als freischaltbares Modulationssignal auszugeben.
- - An input coupler, which is connected on the input side between the first input and the second input and is designed to transmit the safety function signal in a galvanically isolated manner from the inputs;
- - At least one output for driving a switch of a half-bridge of the power stage; and
- - At least one modulation logic unit, which is designed to logically link a modulation signal assigned to the respective switch and the safety function signal transmitted by the respective input coupler and to output it as an unlockable modulation signal at the output.
Das freischaltbare Modulationssignal kann auch als sicheres Modulationssignal bezeichnet werden.The unlockable modulation signal can also be referred to as a secure modulation signal.
Die Modulationslogikeinheit kann ein logischer Operator sein. Alternativ oder ergänzend kann die Modulationslogikeinheit eine Logikeinheit sein, die dazu ausgebildet ist, ein dem jeweiligen Schalter zugeordnetes Modulationssignal, das von einem Modulator erzeugt ist, und das vom jeweiligen Eingangskoppler übertragene Sicherheitsfunktionssignal logisch zu verknüpfen und am Ausgang als das freischaltbare Modulationssignal auszugeben.The modulation logic unit can be a logical operator. Alternatively or additionally, the modulation logic unit can be a logic unit that is designed to logically combine a modulation signal assigned to the respective switch, which is generated by a modulator, and the safety function signal transmitted by the respective input coupler and output it as the modulation signal that can be enabled at the output.
Der Schalter einer Halbbrücke kann ein Halbleiterschalter sein.The switch of a half-bridge can be a semiconductor switch.
Die Vorrichtung kann ein Schaltungsteil der funktionalen Sicherheit für oder in einem Frequenzumrichter sein.The device can be a functional safety circuit part for or in a frequency converter.
Die elektrischen Maschine kann ein Elektromotor sein.The electric machine can be an electric motor.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können die Ansteuerung der Leistungsstufe mittels der Modulationslogikeinheit unter die Bedingung stellen, dass das Sicherheitsfunktionssignal am ersten Eingang und/oder am zweiten Eingang anliegt. Entfällt das Sicherheitsfunktionssignal am ersten Eingang und/oder am zweiten Eingang, gibt die oder jede Modulationslogikeinheit das dem jeweiligen Schalter einer Halbbrücke zugeordnete Modulationssignal nicht an die Leistungsstufe aus, da das übertragene Sicherheitsfunktionssignal entfallen ist (d.h. nicht anliegt oder logisch gleich Null ist), d.h. die Ansteuerung der Leistungsstufe unterbleibt.Exemplary embodiments of the device can set the activation of the power stage by means of the modulation logic unit under the condition that the safety function signal is present at the first input and/or at the second input. If there is no safety function signal at the first input and/or at the second input, the or each modulation logic unit outputs the modulation signal assigned to the respective switch of a half-bridge does not respond to the power stage because the transmitted safety function signal has been omitted (ie is not present or is logically equal to zero), ie the power stage is not actuated.
In denselben Ausführungsbeispielen oder weiteren Ausführungsbeispielen kann der oder jeder Abschaltweg jeweils (beispielsweise unabhängig von dem oder den anderen Abschaltwegen) dazu ausgebildet sein, das Sicherheitsfunktionssignal zwischen den Eingängen zu überwachen (beispielsweise mittels des jeweiligen Eingangskopplers zu erfassen) und in Reaktion auf das Entfallen des Sicherheitsfunktionssignals die Ansteuerung der Leistungsstufe zu beenden (beispielsweise mittels der Modulationslogikeinheit). In the same exemplary embodiments or further exemplary embodiments, the or each switch-off path can be configured (e.g. independently of the or the other switch-off paths) to monitor the safety function signal between the inputs (e.g. to be detected by means of the respective input coupler) and in response to the absence of the safety function signal stop driving the power stage (e.g. by means of the modulation logic unit).
Das Sicherheitsfunktionssignal kann an den Eingängen entfallen sein, falls der erste Eingang oder der zweite Eingang unterbrochen oder potentialfrei ist. Das Sicherheitsfunktionssignal kann anliegen (beispielsweise nur dann anliegen), falls ein Strom vom ersten Eingang zum zweiten Eingang fließt. Ein das Sicherheitsfunktionssignal repräsentierender Strom kann vom ersten Eingang durch den oder jeden Eingangskoppler zum zweiten Eingang fließen.The safety function signal can be omitted at the inputs if the first input or the second input is interrupted or potential-free. The safety function signal can be present (for example only present) if a current flows from the first input to the second input. A current representing the safety function signal can flow from the first input through the or each input coupler to the second input.
Der Eingangskoppler kann dazu ausgebildet sein, das durch einen zwischen dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang fließenden Strom oder durch eine zwischen dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang anliegende Spannung repräsentierte Sicherheitsfunktionssignal zu übertragen.The input coupler can be designed to transmit the safety function signal represented by a current flowing between the first input and the second input or by a voltage present between the first input and the second input.
Die logische Verknüpfung kann eine logische Und-Verknüpfung (oder Konjunktion) zwischen dem zugeordneten Modulationssignal und dem übertragenen Sicherheitsfunktionssignal sein.The logical link can be a logical AND link (or conjunction) between the associated modulation signal and the transmitted safety function signal.
Aufgrund der Und-Verknüpfung kann ein (vorzugsweise positives) übertragenes Sicherheitsfunktionssignal Voraussetzung für eine Weiterleitung oder eine Übertragung oder eine Ausgabe des zugeordneten Modulationssignals an die Leistungsstufe sein.Because of the AND operation, a (preferably positive) transmitted safety function signal can be a prerequisite for forwarding or transmission or for output of the assigned modulation signal to the power stage.
Die Vorrichtung kann zur Freischaltung der Ansteuerung von N Halbbrücken (beispielsweise für N Phasen) der Leistungsstufe ausgebildet sein. Die Vorrichtung kann mindestens 2N Ausgänge umfassen. Jeder Halbbrücke kann jeweils ein Paar der Ausgänge zugeordnet sein. Jedes Paar der Ausgänge kann dazu ausgebildet sein, der jeweiligen Halbbrücke zugeordnete Schalter (vorzugsweise Halbleiterschalter, beispielsweise einen high-side-Halbleiterschalter und einen low-side-Halbleiterschalter) der Leistungsstufe anzusteuern.The device can be designed to enable the driving of N half-bridges (for example for N phases) of the power stage. The device may include at least 2N outputs. A pair of outputs can be assigned to each half-bridge. Each pair of outputs can be designed to drive switches (preferably semiconductor switches, for example a high-side semiconductor switch and a low-side semiconductor switch) of the power stage that are assigned to the respective half-bridge.
Die Vorrichtung kann mindestens zwei Abschaltwege umfassen, deren Eingangskoppler zwischen den ersten Eingang und den zweiten Eingang in Reihe geschaltet sind.The device may comprise at least two switch-off paths, the input couplers of which are connected in series between the first input and the second input.
Das Sicherheitsfunktionssignal kann ein Signal zur sicheren Drehmoment-Unterbrechung (kurz: STO-Signal) der elektrischen Maschine sein. Das STO-Signal und/oder die Vorrichtung können gemäß der Europäischen Norm IEC 61800-5-2:2007 und/oder der Stoppkategorie 0 oder 1 der Europäischen Norm 60204 ausgebildet sein.The safety function signal can be a signal for safe torque interruption (in short: STO signal) of the electrical machine. The STO signal and/or device may be designed according to European Standard IEC 61800-5-2:2007 and/or European Standard 60204
Die elektrische Maschine kann als Motor und/oder als Generator eingesetzt oder einsetzbar sein. Die Freischaltung kann (beispielsweise beim Motor) ein Antriebsdrehmoment unterbrechen und/oder (beispielsweise beim Generator) ein Bremsmoment unterbrechen.The electrical machine can be used or can be used as a motor and/or as a generator. The disconnection can (for example in the case of the engine) interrupt a drive torque and/or (for example in the case of the generator) interrupt a braking torque.
Die elektrische Maschine kann ein Elektromotor, vorzugsweise ein Asynchronmotor sein. Alternativ oder ergänzend kann die elektrische Maschine eine Drehstrommaschine sein.The electrical machine can be an electric motor, preferably an asynchronous motor. Alternatively or additionally, the electrical machine can be a three-phase machine.
Die Vorrichtung kann ferner einen Transformator umfassen, der dazu ausgebildet ist, eine von einer Steuereinheit zur Überwachung der Freischaltung und/oder einem Modulator zum Erzeugen des Modulationssignals galvanisch entkoppelte Versorgungspannung an den Eingangskopplers und/oder an die Modulationslogikeinheit und/oder an den Ausgangs (beispielsweise den Optokoppler des Ausgangs) auszugeben oder bereitzustellen.The device can also include a transformer which is designed to supply a supply voltage, which is galvanically decoupled from a control unit for monitoring the activation and/or a modulator for generating the modulation signal, to the input coupler and/or to the modulation logic unit and/or to the output (e.g output or provide the optocoupler of the output).
Eine Versorgungsspannung des Eingangskopplers oder jedes Eingangskopplers und/oder eine Versorgungsspannung der Modulationslogikeinheit oder jeder Modulationslogikeinheit kann unabhängig vom Sicherheitsfunktionssignal (beispielsweise unabhängig vom Anliegen oder Fehlen des Sicherheitsfunktionssignals) ausgegeben oder bereitgestellt sein. Alternativ oder ergänzend kann eine Versorgungsspannung des Eingangskopplers oder jedes Eingangskopplers und/oder eine Versorgungsspannung der Modulationslogikeinheit oder jeder Modulationslogikeinheit galvanisch entkoppelt sein von einer Betriebsspannung eines das Modulationssignal erzeugenden Modulators und/oder eines das freischaltbare Modulationssignal am Ausgang ausgebenden Ausgangskopplers (beispielsweise eines Optokopplers).A supply voltage of the input coupler or each input coupler and/or a supply voltage of the modulation logic unit or each modulation logic unit can be output or provided independently of the safety function signal (for example independently of the presence or absence of the safety function signal). Alternatively or additionally, a supply voltage of the input coupler or each input coupler and/or a supply voltage of the modulation logic unit or each modulation logic unit can be galvanically decoupled from an operating voltage of a modulator that generates the modulation signal and/or of an output coupler (e.g. an optocoupler) that outputs the modulation signal that can be enabled.
Der oder jeder Abschaltweg kann ferner einen Filter umfassen. Der Filter kann zwischen den Eingangskoppler und die Modulationslogikeinheit geschaltet sein. Der Filter kann einen Verstärker umfassen. Der Verstärker kann das galvanisch getrennt übertragene Sicherheitsfunktionssignal verstärken, beispielsweise auf eine Spannung zur Ansteuerung der Leistungsstufe und/oder auf eine Spannung von mehr als 100 V oder mehr als 200 V. Alternativ oder ergänzend kann der Filter einen Tiefpass umfassen. Der Tiefpass kann das verstärkte Sicherheitsfunktionssignal filtern. Alternativ oder ergänzend kann der Filter einen Schmitt-Trigger umfassen. Der Schmitt-Trigger kann das verstärkte und/oder gefilterte Sicherheitsfunktionssignal mit einem hysteretischen Signalverlauf ausgeben, beispielsweise an die Modulationslogikeinheit.The or each shutdown path may further include a filter. The filter can be connected between the input coupler and the modulation logic unit. The filter may include an amplifier. The amplifier can use the galvanically isolated transmitted safety function signal ver strengthen, for example to a voltage for driving the power stage and / or to a voltage of more than 100 V or more than 200 V. Alternatively or additionally, the filter can include a low-pass filter. The low-pass can filter the amplified safety function signal. Alternatively or additionally, the filter can include a Schmitt trigger. The Schmitt trigger can output the amplified and/or filtered safety function signal with a hysteretic waveform, for example to the modulation logic unit.
Eine Zeitkonstante (beispielsweise eine Zeitcharakteristik oder Filterlänge) des Tiefpass kann unabhängig von einer Spannung des Sicherheitsfunktionssignals sein.A time constant (for example a time characteristic or filter length) of the low-pass filter can be independent of a voltage of the safety function signal.
Der oder jeder Abschaltweg kann ferner eine Testlogikeinheit umfassen. Die Testlogikeinheit kann zwischen den Eingangskoppler und der Modulationslogikeinheit geschaltet sein. Die Testlogikeinheit kann eingangsseitig das übertragene Sicherheitsfunktionssignal und ein Testsignal logisch verknüpft (beispielsweise gemäß einer Und-Verknüpfung).The or each shutdown route may further include a test logic unit. The test logic unit can be connected between the input coupler and the modulation logic unit. On the input side, the test logic unit can logically link the transmitted safety function signal and a test signal (for example according to an AND link).
Die Vorrichtung kann ferner eine Steuereinheit (140) umfassen, die dazu ausgebildet ist, das Testsignal zur Unterbrechung des übertragenen Sicherheitsfunktionssignals (beispielsweise eine logische Null) zu erzeugen und in Reaktion auf das Testsignal an einem Signalabgriff an der Modulationslogikeinheit oder am Ausgang einen Signalverlauf zu überwachen. Die Steuereinheit kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, eine Anweisung zum Abschalten des Modulationssignals an einen das Modulationssignal erzeugenden Modulator auszugeben, falls der überwachte Signalverlauf nicht in einem vorgegebenen Zeitfenster der Freischaltung der Ansteuerung entspricht.The device can also include a control unit (140) which is designed to generate the test signal for interrupting the transmitted safety function signal (e.g. a logic zero) and to monitor a signal profile in response to the test signal at a signal tap on the modulation logic unit or at the output . The control unit can be designed, for example, to issue an instruction to switch off the modulation signal to a modulator that generates the modulation signal if the monitored signal profile does not correspond to the activation of the control in a predetermined time window.
Die Vorrichtung kann ferner einen Modulator-Abschaltweg umfassen. Der Modulator-Abschaltweg oder die Vorrichtung kann einen das Modulationssignal erzeugenden Modulator umfassen. Der Modulator-Abschaltweg kann ferner einen Eingangskoppler umfassen, der eingangsseitig zwischen den ersten Eingang und den zweiten Eingang geschaltet ist und dazu ausgebildet ist, das Sicherheitsfunktionssignal galvanisch getrennt von den Eingängen als (beispielsweise logisch invertierte) Abschaltanweisung an den Modulator zu übertragen. Die Modulator kann dazu ausgebildet sein, in Reaktion auf ein Entfallen des übertragenen Sicherheitsfunktionssignals das Modulationssignal abzuschalten.The device may further include a modulator turn-off path. The modulator turn-off path or device may include a modulator generating the modulation signal. The modulator switch-off path can also include an input coupler, which is connected on the input side between the first input and the second input and is designed to transmit the safety function signal electrically isolated from the inputs as a (for example logically inverted) switch-off instruction to the modulator. The modulator can be designed to switch off the modulation signal in response to the transmitted safety function signal being omitted.
Die Vorrichtung kann ferner ein Modulator umfassen, der dazu ausgebildet ist, das mindestens eine Modulationssignal zu erzeugen. Der Modulator kann in einem eigenen Abschaltweg (dem Modulator-Abschaltweg) mit dem übertragenen Sicherheitsfunktionssignal beauflagt sein. Der Modulator kann dazu ausgebildet sein, in Reaktion auf das Entfallen (d.h. das Fehlen) des übertragenen Sicherheitsfunktionssignals die Erzeugung des mindestens einen Modulationssignals zu unterbrechen (d.h. abzuschalten).The device can also include a modulator which is designed to generate the at least one modulation signal. The transmitted safety function signal can be applied to the modulator in its own switch-off path (the modulator switch-off path). The modulator may be configured to discontinue (i.e., turn off) generation of the at least one modulation signal in response to the cessation (i.e., absence) of the transmitted safety function signal.
Die Vorrichtung kann ferner einen Steuereinheit-Abschaltweg umfassen. Der Steuereinheit-Abschaltweg oder die Vorrichtung kann eine Steuereinheit umfassen. Der Steuereinheit-Abschaltweg kann ferner einen Eingangskoppler umfassen, der eingangsseitig beispielsweise zwischen den ersten Eingang und den zweiten Eingang geschaltet ist und dazu ausgebildet ist, das Sicherheitsfunktionssignal galvanisch getrennt von den Eingängen an die Steuereinheit zu übertragen. Die Steuereinheit kann dazu ausgebildet sein, in Reaktion auf ein Entfallen des übertragenen Sicherheitsfunktionssignals einen Signalverlauf an einem Signalabgriff an der Modulationslogikeinheit oder am Ausgang zu überwachen. Beispielsweise kann die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet sein, eine Anweisung zum Abschalten des Modulationssignals an einen das Modulationssignal erzeugenden Modulator auszugeben, falls der überwachte Signalverlauf nicht in einem vorgegebenen Zeitfenster der Freischaltung der Ansteuerung entspricht.The device may further include a controller shutdown path. The controller shutdown path or device may include a controller. The control unit switch-off path can also include an input coupler, which is connected on the input side, for example between the first input and the second input, and is designed to transmit the safety function signal, electrically isolated from the inputs, to the control unit. The control unit can be designed to monitor a signal curve at a signal tap on the modulation logic unit or at the output in response to the absence of the transmitted safety function signal. For example, the control unit can also be designed to issue an instruction to switch off the modulation signal to a modulator that generates the modulation signal if the monitored signal curve does not correspond to the activation of the control in a predetermined time window.
Die Vorrichtung kann ferner einen Halte-Abschaltweg (auch: Brems-Abschaltweg) umfassen. Der Halte-Abschaltweg kann eine elektromechanische Bremse oder Drehverriegelung und einen Eingangskoppler umfassen, der eingangsseitig zwischen den ersten Eingang und den zweiten Eingang geschaltet ist und dazu ausgebildet ist, das Sicherheitsfunktionssignal galvanisch getrennt vom ersten Eingang und vom zweiten Eingang an die elektromechanische Bremse oder Drehverriegelung zu übertragen. Die elektromechanische Bremse kann dazu ausgebildete sein, beim Entfallen des übertragene Sicherheitsfunktionssignals ein Bremsmoment an einer Welle der elektrischen Maschine zu erzeugen, oder die elektromechanische Drehverriegelung kann dazu ausgebildet sein, beim Entfallen des übertragene Sicherheitsfunktionssignals ein Haltemoment an einer Welle der elektrischen Maschine zu erzeugen.The device can also include a stopping switch-off path (also: braking switch-off path). The holding switch-off path can comprise an electromechanical brake or rotary lock and an input coupler, which is connected on the input side between the first input and the second input and is designed to transmit the safety function signal to the electromechanical brake or rotary lock in a galvanically isolated manner from the first input and from the second input transfer. The electromechanical brake can be designed to generate a braking torque on a shaft of the electrical machine when the transmitted safety function signal is absent, or the electromechanical rotary lock can be designed to generate a holding torque on a shaft of the electrical machine when the transmitted safety function signal is absent.
Ein zweiter Aspekt betrifft einen Frequenzumrichter zum Antrieb eines Elektromotors. Der Frequenzumrichter umfasst eine Leistungsstufe, die dazu ausgebildet ist, nach Maßgabe mindestens eines freischaltbaren Modulationssignals mindestens eine Phase des Elektromotors (beispielsweise Schalter einer Halbbrücke der Leistungsstufe) zu schalten oder zu erzeugen. Ferner umfasst der Frequenzumrichter einen Modulator, der dazu ausgebildet ist, mindestens ein Modulationssignal zur Ansteuerung der Leistungsstufe zu erzeugen. Ferner umfasst der Frequenzumrichter eine Vorrichtung zur Freischaltung der Ansteuerung der Leistungsstufe gemäß dem ersten Aspekt.A second aspect relates to a frequency converter for driving an electric motor. The frequency converter includes a power stage that is designed to switch or generate at least one phase of the electric motor (for example a switch of a half-bridge of the power stage) in accordance with at least one modulation signal that can be enabled. Furthermore, the frequency converter includes a modulator which is designed to generate at least one modulation signal for controlling the power stage. Further includes the frequency converter a device for enabling the control of the power stage according to the first aspect.
Gemäß dem ersten Aspekt kann die Vorrichtung dazu ausgebildet sein, das mindestens eine Modulationssignal des Modulators jeweils mit dem übertragenen Sicherheitsfunktionssignal logisch verknüpft zur Ausgabe des freischaltbaren Modulationssignals.According to the first aspect, the device can be designed to logically combine the at least one modulation signal of the modulator with the transmitted safety function signal in order to output the modulation signal that can be activated.
Hierin umfasst der Begriff Frequenzumrichter auch einen Wechselrichter mit (beispielsweise nach Maßgabe des mindestens einen Modulationssignals) veränderlicher Frequenz. Dabei kann der Wechselrichter je nach Anzahl der von der Leistungsstufe geschalteten Phasen ein einphasiger, zweiphasiger, dreiphasiger oder mehrphasiger Wechselrichter sein.Here, the term frequency converter also includes an inverter with a variable frequency (for example in accordance with the at least one modulation signal). Depending on the number of phases switched by the power stage, the inverter can be a single-phase, two-phase, three-phase or multi-phase inverter.
Der Frequenzumrichter kann mit Gleichspannung oder Wechselspannung betrieben sein. Beispielsweise kann die Leistungsstufe eingangsseitig mit einer Gleichspannung als Versorgungspannung beaufschlagt oder beaufschlagbar sein. Alternativ oder ergänzend kann der Frequenzumrichter einen Gleichrichter (beispielsweise einen Zwischenkreis mit Gleichrichter) umfassen, der eingangsseitig mit einer Wechselspannung als Versorgungspannung beaufschlagt oder beaufschlagbar ist. Ausgangsseitig kann der Gleichrichter (oder der Zwischenkreis) mit dem Eingang der Leistungsstufe elektrisch verbunden sein.The frequency converter can be operated with direct current or alternating current. For example, the power stage can have or can have a DC voltage applied to it as the supply voltage on the input side. Alternatively or additionally, the frequency converter can include a rectifier (for example an intermediate circuit with a rectifier) to which an AC voltage is or can be applied as the supply voltage on the input side. On the output side, the rectifier (or the intermediate circuit) can be electrically connected to the input of the power stage.
Die Frequenzumrichter kann ein Drehzahlstarter sein oder in einen Drehzahlstarter integrierbar sein. Die Steuereinheit kann ferner dazu ausgebildet sein, den Modulator zu gemäß einem Anlassverfahren des Elektromotors zu steuern und/oder den Modulator zum Reversieren des Elektromotors zu steuern.The frequency converter can be a variable speed starter or can be integrated into a variable speed starter. The control unit can also be designed to control the modulator according to a starting method of the electric motor and/or to control the modulator to reverse the electric motor.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings using preferred exemplary embodiments.
Es zeigen:
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1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Freischaltung einer Ansteuerung einer Leistungsstufe und eines entsprechenden Frequenzumrichters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; -
2 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Freischaltung einer Ansteuerung einer Leistungsstufe und eines entsprechenden Frequenzumrichters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; -
3 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Freischaltung einer Ansteuerung einer Leistungsstufe und eines entsprechenden Frequenzumrichters gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
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1 a schematic block diagram of a device for enabling a control of a power stage and a corresponding frequency converter according to a first embodiment; -
2 a schematic block diagram of a device for enabling a control of a power stage and a corresponding frequency converter according to a second embodiment; -
3 a schematic block diagram of a device for enabling a control of a power stage and a corresponding frequency converter according to a third embodiment;
Das erste Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 umfasst einen ersten Eingang 102 zur Erfassung eines Sicherheitsfunktionssignals und einen zweiten Eingang 104 zur Erfassung eines Referenzpotentials des Sicherheitsfunktionssignals. Ferner umfasst die Vorrichtung 100 im Fall des ersten Ausführungsbeispiels einen Abschaltweg 106 der Ansteuerung. Andere Ausführungsbeispiele können zwei oder mehr Abschaltwege 106 umfassen.The first exemplary embodiment of the
Jeder Abschaltweg 106 umfasst jeweils einen Eingangskoppler 110. Der Eingangskoppler 110 ist eingangsseitig zwischen den ersten Eingang 102 und den zweiten Eingang 104 geschaltet. Der Eingangskoppler 110 ist dazu ausgebildet, das Sicherheitsfunktionssignal galvanisch getrennt vom ersten Eingang 102 und vom zweiten Eingang 104 zu übertragen.Each switch-
Ferner umfasst jeder Abschaltweg 106 jeweils mindestens einen Ausgang 130 zur Ansteuerung eines Schalters einer Halbbrücke der Leistungsstufe 200 (beispielsweise einer Phase der Leistungsstufe 200), vorzugsweise jeweils zur Ansteuerung eines positiven oder negativen Abschnitts der Phase und/oder eines Halbleiterschalters (beispielsweise eines IGBTs) am high-side-Zweig oder am low-side Zweig der Leistungsstufe 200.Furthermore, each switch-
Ferner umfasst jeder Abschaltweg 106 jeweils eine Modulationslogikeinheit 120, die dazu ausgebildet ist, ein dem jeweiligen Schalter (beispielsweise dem positiven oder negativen Abschnitt der Phase) zugeordnetes Modulationssignal 166 und das vom jeweiligen Eingangskoppler 110 übertragene Sicherheitsfunktionssignal logisch zu verknüpfen und am Ausgang als freischaltbares Modulationssignal 108 auszugeben. Vorzugsweise weist das Modulationssignal zwei Logikpegel auf und/oder entspricht einer Puls-Weiten-Modulation (PWM).Each switch-
Entfällt das Sicherheitsfunktionssignal wird eine Versorgungsspannung des Eingangskopplers 110 und/oder der Modulationslogikeinheit 120 vorzugsweise nicht gesteuert oder nicht unterbrochen. Alternativ oder ergänzend kann der Ausfall der Versorgungsspannung in jedem Abschaltweg 106 wirkungsgleich sein zum Entfallen des übertragenen Sicherheitsfunktionssignals, d.h. die Ansteuerung wird beim Ausfall der Versorgungsspannung Freigeschalten.If the safety function signal is absent, a supply voltage of the
In jedem Ausführungsbeispiel kann der eine oder die mindestens zwei Abschaltwege 106 eine sichere Drehmoment-Unterbrechung (d.h. eine „Safe Torque Off“ oder STO-Funktion) realisieren.In each exemplary embodiment, the one or at least two
In jedem Ausführungsbeispiel kann der Ausgang 130 einen Ausgangskoppler zur galvanisch getrennten Übertragung des freischaltbaren Modulationssignals 108 an die Leistungsstufe 200 umfassen. Der Ausgangskoppler kann einen Optokoppler umfassen.In each embodiment, the
Während das erste Ausführungsbeispiel einen Abschaltweg 106 umfasst können weitere Ausführungsbeispiele, beispielsweise in Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels, zwei oder mehr Abschaltwege 106 aufweisen.While the first exemplary embodiment includes a switch-
In einem weiteren Ausführungsbeispiele kann die Vorrichtung 100 zur Ansteuerung einer Leistungsstufe 300 für einphasigen Wechselstrom zwei Abschaltwege 106 für den oberen (fachsprachlich auch: „high-side“) bzw. unteren (fachsprachlich auch: „low-side“) Zweig einer Halbbrücke umfassen. Optional kann ein dritter Abschaltweg für einen die Vorrichtung überwachenden oder prüfenden Mikrocontroller vorgesehen sein.In a further exemplary embodiment, the
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiele kann die Vorrichtung 100 zur Ansteuerung einer Leistungsstufe 300 für Drehstrom sechs Abschaltwege 106 für den oberen (fachsprachlich auch: „high-side“) bzw. unteren (fachsprachlich auch: „low-side“) Zweig von jeweils drei Halbbrücke (fachsprachlich auch: B6-Brücke) umfassen. Optional kann ein siebter Abschaltweg für einen die Vorrichtung überwachenden oder prüfenden Mikrocontroller vorgesehen sein.In yet another exemplary embodiment, the
In jedem Ausführungsbeispiel können zur Realisierung einer STO-Funktion, beispielsweise in einem Drehzahlstarter des Elektromotors 300, ein oder mindestens zwei getrennte Abschaltwege 106 vorgesehen sein.In each exemplary embodiment, one or at least two separate switch-off
Am ersten Eingang 102 kann ein „STO+“-Signal (beispielsweise mit einer Nennspannung von 24 V) erfasst und/oder angeschlossen werden. Am zweiten Eingang 104 kann ein dazugehörenden Referenzpotentials oder Bezugspotenzials, d.h. ein „STO-“-Signals, (beispielsweise mit einer Nennspannung von 0 V) erfasst und/oder angeschlossen werden. Fällt eines der beiden Signale weg (beispielsweise indem der entsprechende Eingang potentialfrei wird oder eine elektrische Verbindung des entsprechenden Eingangs hochohmig wird), so fällt in jedem Abschaltweg das übertragene Sicherheitsfunktionssignal weg, d.h. es wird die Sicherheitsfunktion ausgelöst.A “STO+” signal (for example with a nominal voltage of 24 V) can be detected and/or connected to the
Im Eingangskopplers 110 sind diese beiden Signale, STO+ und STO-, jeweils mittels eines Optokopplers 110 von dem jeweiligen Abschaltweg 106 galvanisch getrennt. Der oder die Abschaltwege 106 können auch als Kanal bzw. Kanäle bezeichnet werden.In the
Die Leistungsstufe 200 wird von einem positiven Anschluss 202 (DC+) und einem negativen Anschluss 204 (DC-) einer Gleichspannung (beispielsweise eines Gleichspannungsnetzes oder einer gleichgerichteten Spannung) gespeist sein. Die Leistungsstufe schaltet die Gleichspannung nach Maßgabe des Modulationssignals 166 zur Erzeugung der entsprechenden (d.h. dem Modulationssignal 166 zugeordneten) Phase für die elektrische Maschine 300.The
Die Vorrichtung 100 kann als ein Schaltungsteil der funktionalen Sicherheit, vorzugsweise als ein Schaltungsteil der Sicherheitsfunktion STO, realisiert sein.The
Ferner zeigt die
Das erste Ausführungsbeispiel des Frequenzumrichters 400 umfasst eine Leistungsstufe 200, die dazu ausgebildet ist, nach Maßgabe mindestens eines freischaltbaren Modulationssignals 108 mindestens eine Phase des Elektromotors 300 zu schalten oder zu erzeugen. Hierzu kann die Leistungsstufe 200 je Phase eine Halbleiterbrücke mit jeweils zwei Schaltern (beispielsweise Halbleiterschalter) umfassen. Ferner umfasst der Frequenzumrichters 400 einen Modulator 160, der dazu ausgebildet ist, mindestens ein Modulationssignal 166 zur Ansteuerung der mindestens einen Halbleiterbrücke (beispielsweise der jeweiligen Schalter der Halbleiterbrücke) der Leistungsstufe 200 zu erzeugen. Der Frequenzumrichters 400 umfasst ferner eine Vorrichtung 100 zur Freischaltung der Ansteuerung der Leistungsstufe 200 gemäß einem der hierin beschrieben Ausführungsbeispiele, wobei die Vorrichtung 100 das mindestens eine Modulationssignal 166 des Modulators 160 jeweils mit dem übertragenen Sicherheitsfunktionssignal logisch verknüpft zur Ausgabe des freischaltbaren Modulationssignals 108 der jeweiligen Phase (beispielsweise der jeweiligen Schalter der Halbleiterbrücke der Leistungsstufe 200).The first exemplary embodiment of the
Jedes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 und/oder des Frequenzumrichters 400 kann einen Transformator 150 (beispielsweise einen Gleichspannungswandler) mit galvanischer Trennung umfassen. Beispielsweise weist der Transformator 150 einen ersten galvanisch entkoppelten Ausgang 152 auf, an dem der Transformator 150 eine Versorgungsspannung für die Vorrichtung 100 bereitstellt, vorzugsweise für den Eingangskoppler 110 und/oder für die Modulationslogikeinheit 120 und/oder den Ausgang 130.Each exemplary embodiment of the
Ein optionaler zweiter entkoppelter Ausgang 154 des Transformators 150 stellt die Versorgungsspannung des Ausgangs 130 und/oder eine Betriebsspannung an den Eingängen 162 und 164 des Modulators 160 und/oder eine Betriebsspannung einer Steuereinheit (beispielsweise eines Mikrocontrollers) der Vorrichtung 100 bereit.An optional second
Vorzugsweise erfolgt die Freischaltung der Ansteuerung ausschließlich über den oder die Abschaltwege 106 (oder einen der weiteren Abschaltwege 107A und/oder 107B), während die Versorgungs- und Betriebsspannungen der anderen Komponenten der Vorrichtung 100 und/oder des Frequenzumrichters 400 nicht gesteuert, beispielsweise nicht unterbrochen, werden wenn das Sicherheitsfunktionssignal entfällt.The control is preferably enabled exclusively via the switch-off path(s) 106 (or one of the other switch-off
Elektrische Antriebe müssen Sicherheitsfunktionen erfüllen. Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100 oder des Frequenzumrichters 400 können eine Sicherheitsfunktion zur Drehmoment-Unterbrechung (fachsprachlich auch als „Safe Torque Off“ oder STO bezeichnet) realisieren, indem die Leistungsstufe durch das freischaltbare Modulationssignal 108 (beispielsweise mit einer Spannung von 0 V) angesteuert wird, eine Stromversorgung des Elektromotors 300 als Antrieb sofort zu unterbrechen. Die Sicherheitsfunktion „STO“ des den Antrieb 300 ansteuernden Frequenzumrichters 400 kann den Strom und damit das Drehmoment des Antriebs unterbrechen.Electrical drives must fulfill safety functions. Embodiments of the
Der Antrieb 300 kann nach der STO-Abschaltung mittels der Vorrichtung 100 bzw. des Frequenzumrichters 400 kein Drehmoment mehr erzeugen. Mit der Unterbrechung des Stroms kann ein Drehmoment des Antriebs 300 mit sofortiger Wirkung entfallen und der Antrieb 300 ungesteuert stillgesetzt werden. The
Die Sicherheitsfunktion STO kann der Stoppkategorie 0 der Europäischen Norm EN 60204 entsprechen.The STO safety function can correspond to stop category 0 of the European standard EN 60204.
Da der Antrieb 300 bei der STO-Abschaltung kein Bremsmoment mehr elektrisch erzeugen kann, sind zur Bremsung des Antriebs 300 gesonderte Maßnahmen wie eine mechanische Bremse vorteilhaft, beispielsweise damit kein unerwünschter Nachlauf oder kein Überschreiten von Endlagen erfolgt. Bei Einwirken äußerer Kräfte (wie beispielsweise einer angehobenen Masse oder von Federkräfte) kann eine mechanische Bremse oder eine mechanische Sperre dazu ausgebildet sein, in Reaktion auf das Entfallen des Sicherheitsfunktionssignals ein Bremsmoment oder ein Haltemoment für eine Welle des Elektromotors 300 zu erzeugen, vorzugsweise um die bei einem momentenfreien Antrieb 300 mögliche Lageveränderung zu verhindern.Since the
Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 einen Halte-Abschaltweg umfassen. Der Halte-Abschaltweg umfasst einen Eingangskoppler 110. Der Eingangskoppler 110 ist eingangsseitig zwischen den ersten Eingang 102 und den zweiten Eingang 104 geschaltet. Der Eingangskoppler 110 ist dazu ausgebildet, das Sicherheitsfunktionssignal galvanisch getrennt vom ersten Eingang 102 und vom zweiten Eingang 104 an eine elektromechanische Bremse oder Drehverriegelung zu übertragen. Entfällt das übertragene Sicherheitsfunktionssignal, erzeugt die Bremse das Bremsmoment oder die Drehverriegelung das Haltemoment an einer Welle der elektrischen Maschine 300.For example, the
In jedem Ausführungsbeispiel kann die elektrische Maschine 300 ein Elektromotor sein. Der Elektromotor 300 kann ein dreiphasiger Asynchronmotor sein, beispielsweise mit einer Leistungsaufnahme von 50 W bis 3 kW.In each embodiment,
Das zweite Ausführungsbeispiel umfasst mindestens zwei Abschaltwege 106, beispielsweise zwei Abschaltwege für jeweils eine von der Leistungsstufe 200 erzeugte Phase zum Antrieb des Elektromotors 300 oder zwei Abschaltwege für alle (beispielsweise drei) von der Leistungsstufe 200 erzeugten Phasen zum Antrieb des Elektromotors 300. Als Modulationssignal 166 für die mindestens eine Modulationslogikeinheit 120 des ersten Abschaltwegs 106 (beispielsweise je Phase) erzeugt der Modulator 160 ein pulsweiten-moduliertes Signal 166 zur Erzeugung des Phasenabschnitts positiver Spannung (beispielsweise positiv bezüglich einer zeitlich gemittelten Spannung der jeweiligen Phase) oder zur Ansteuerung eines oberen (auch: high-side) Zweigs einer Halbbrücke zur Erzeugung der jeweiligen Phase in der Leistungsstufe 200. Ferner erzeugt der Modulator 160 als das Modulationssignal 168 der mindestens einen Modulationslogikeinheit 120 des zweiten Abschaltwegs 106 (beispielsweise je Phase) ein pulsweiten-moduliertes Signal 168 zur Erzeugung des Phasenabschnitts negativer Spannung (beispielsweise bezüglich einer zeitlich gemittelten Spannung der jeweiligen Phase) oder zur Ansteuerung eines unteren (auch: low-side) Zweigs der Halbbrücke zur Erzeugung der jeweiligen Phase in der Leistungsstufe 200.The second exemplary embodiment comprises at least two switch-off
In jedem Ausführungsbeispiel können die Eingänge 102 und/oder 104 kompatibel zu Testimpulsen von Sicherheitsschaltgeräten sein. Beispielsweise werden die Testimpulse herausgefiltert, vorzugsweise in jedem Abschaltweg 106 (und ggf. in jedem der weiteren Abschaltwege 107A und/oder 107B). Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100 und/oder des Frequenzumrichters 400 können sowohl für positive als auch negative Testimpulse ausgebildet sein. Vorzugsweise ist eine Filterzeit zum Herausfiltern der Testimpulse unabhängig von einer Spannungshöhe an den Eingängen 102 und/oder 104.In each exemplary embodiment, the
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung 100 mindestens einen Modulator-Abschaltweg 107A. Jeder Modulator-Abschaltweg 107A umfasst jeweils einen Eingangskoppler 110. Der Eingangskoppler 110 ist eingangsseitig zwischen den ersten Eingang 102 und den zweiten Eingang 104 geschaltet, beispielsweise in Reihe mit den Eingangskopplern 110 der Abschaltwege 106. Der Eingangskoppler 110 des Modulator-Abschaltwegs 107A ist dazu ausgebildet, das Sicherheitsfunktionssignal galvanisch getrennt vom ersten Eingang 102 und vom zweiten Eingang 104 als (beispielsweise logisch invertierte) Abschaltanweisung 142 zum Abschalten der Modulationssignale 166 und 168 an den Modulator 160 zu übertragen. Die Vorrichtung 100, beispielsweise der Modulator-Abschaltweg 107A, kann den von dem übertragenen Sicherheitsfunktionssignal gesteuerten Modulator 160 umfassen.Preferably, the
Vorzugsweise umfasst jeder Abschaltweg 106 einen Filter 122, beispielsweise einen Tiefpass-Filter 122. Innerhalb des jeweiligen Abschaltwegs 106 kann der Filter 122 zwischen dem Eingangskoppler 110 und der Modulationslogikeinheit 120, beispielsweise zwischen einer Testlogikeinheit 121 und der Modulationslogikeinheit 120 geschaltet sein.Each
Durch die galvanische Trennung mittels des jeweiligen Eingangskopplers 110 ist es möglich, den oder die Abschaltwege 106 auf dem berührgefährlichen Potenzial der Ansteuerung der Leistungsstufe 200 zu realisieren. Dadurch kann die Vorrichtung 100 einen sich auf diesem Potenzial befindlichen Mikrocontroller 140 für Diagnosezwecke und/oder in einem Mikrocontroller-Abschaltweg 107B (beispielsweise in einem dritten Abschaltweg oder in einem weiteren Abschaltweg) nutzen. Beispielsweise kann das übertragene Sicherheitsfunktionssignal innerhalb des Abschaltwegs 106 durch eine Spannung von mehr als 100 V repräsentiert sein.The galvanic isolation by means of the
Der Filter 122 kann einen Verstärker 124 umfassen, der dazu ausgebildet ist, das übertragene Sicherheitsfunktionssignal auf das Potenzial der Ansteuerung der Leistungsstufe 200 zu verstärken.The
Alternativ oder ergänzend kann der Filter 122 einen Tiefpass 126 und/oder einen Schmitt-Trigger 128, vorzugsweise invertierender Schmitt-Trigger 128 umfassen.Alternatively or additionally, the
Entfällt das Sicherheitsfunktionssignal beim in
Jedes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 kann ferner einen Mikrocontroller-Abschaltweg 107B umfassen, beispielsweise als ein dritter Abschaltweg und/oder wie schematisch in
Der Eingangskoppler 110 des Mikrocontroller-Abschaltwegs 107B ist dazu ausgebildet, das Sicherheitsfunktionssignal galvanisch getrennt vom ersten Eingang 102 und vom zweiten Eingang 104 an einen Mikrocontroller 140 des Abschaltwegs 107B der Vorrichtung 100 zu übertragen.The
Der Mikrocontroller 140 kann dazu ausgebildet sein, in Reaktion auf das Entfallen des Sicherheitsfunktionssignals an einem Signalabgriff am Ausgang 130 jedes Abschaltwegs 106 zu überprüfen, ob das freischaltbare Modulationssignal tatsächlich ausgeschaltet ist, beispielsweise auf 0 V oder DCgesetzt ist.The
Alternativ oder ergänzend ist der Mikrocontroller 140 dazu ausgebildet, in Reaktion auf das Entfallen des Sicherheitsfunktionssignals eine Abschaltanweisung 142 zum Abschalten des Modulationssignals an den Modulator 160 auszugeben, beispielsweise eine Abschaltanweisung 142 zum Abschalten der Modulationssignale 166 und 168, an den Modulator 160 zu übertragen. Beispielsweise schaltet der Mikrocontroller 140 die PWM-Signale 166 und 168 ab.Alternatively or additionally,
Die Vorrichtung 100, beispielsweise der Modulator-Abschaltweg 107A, kann den von dem übertragenen Sicherheitsfunktionssignal gesteuerten Modulator 160 umfassen. Alternativ oder ergänzend kann der Modulator 160 im Frequenzumrichter 400 außerhalb der Vorrichtung 100 angeordnet sein.The
In jedem Ausführungsbeispiel können, um die Rückwirkungsfreiheit der betrieblichen Funktionen zur funktionalen Sicherheit (beispielsweise der Funktionen der Vorrichtung 100) zu gewährleisten, sämtliche Signale (beispielsweise das übertragene Sicherheitsfunktionssignal und/oder das Modulationssignal 166 oder 168 des Modulators 160 und/oder das freischaltbare Modulationssignal 108) und/oder und die Versorgungsspannung des ersten Ausgang 152 des Transformators 150 und/oder die Betriebsspannung des zweiten Ausgang 154 des Transformators 150 voneinander entkoppelt sein.In each exemplary embodiment, in order to ensure that the operational functions for functional safety (e.g. the functions of device 100) are non-reactive, all signals (e.g. the transmitted safety function signal and/or the
In jedem Ausführungsbeispiel kann zur Überprüfung der Schaltfähigkeit (beispielsweise der Modulationslogikeinheit 120 und/oder des Schmitt-Triggers 128) und/oder des zeitlichen Verhaltens der einzelnen Abschaltwege 106 (beispielsweise einer Zeitkonstante des Filters 122, vorzugsweise des Tiefpasses 124) in einem oder jedem Abschaltweg 106 eine Testlogikeinheit 121 als Testschalter eingebaut sein.In each exemplary embodiment, to check the switching capability (e.g. of the
In jedem Abschaltweg 106 kann eine Testlogikeinheit 121 zwischen den Eingangskoppler 110 und der Modulationslogikeinheit 120, beispielsweise zwischen den Eingangskoppler 110 und den Filter 122, geschaltet sein. Die Testlogikeinheit 121 kann dazu ausgebildet sein, das vom Eingangskoppler 110 übertragene Modulationssignal und ein Testsignal 144 logisch zu verknüpfen, beispielsweise gemäß einer Und-Verknüpfung und dieses im Abschaltwegs 106 auszugeben, beispielsweise an den Filter 122 oder an die Modulationslogikeinheit 120.In each
Die Vorrichtung 100 kann eine Steuereinheit 140, beispielsweise den vorgenannten Mikrocontroller 140, zur Überprüfung der Schaltfähigkeit und/oder des zeitlichen Verhaltens umfassen.The
Die Steuereinheit 140 kann dazu ausgebildet sein, mittels eines Testsignals 144 (beispielsweise einer logischen Null) das Entfallen des Sicherheitsfunktionssignals im jeweiligen Abschaltweg 106 zu simulieren. Die Steuereinheit 140 kann ferner dazu ausgebildet sein, einen Spannungsverlauf des übertragenen Sicherheitsfunktionssignals an einem Signalabgriff 129 im jeweiligen Abschaltweg 106 zwischen der Testlogikeinheit 121 und der Modulationslogikeinheit 120 zu erfassen (beispielsweise abzutasten). Entfällt das übertragene Sicherheitsfunktionssignals am Signalabgriff 129 innerhalb eines vorbestimmten Zeitfensters nach der Ausgabe Testsignals 144 zur Simulation des entfallenen Sicherheitsfunktionssignals, ist ein Ergebnis der Überprüfung ein Betriebszustand der Vorrichtung 100. Andernfalls ist ein Ergebnis der Überprüfung ein Fehlerzustand. Im Fehlerzustand kann die Steuereinheit 140 den Fehlerzustand ausgeben (beispielsweise optisch und/oder akustisch ausgeben) und/oder die Abschaltanweisung 142 zum Abschalten des Modulationssignals 166 und/oder 168 an den Modulator 160 ausgeben (vorzugsweise unabhängig davon, ob das Sicherheitsfunktionssignal an den Eingängen 102 und 104 anliegt oder entfallen ist).The
Alterativ oder ergänzend kann die Steuereinheit 140 (beispielsweise der vorgenannte Mikrocontroller 140) der Vorrichtung 100 dazu ausgebildet sein, mindestens eine der folgenden Steuerfunktionen auszuführen. Eine erste Steuerfunktion ist das Starten des Motors 300, vorzugsweise als Sanftanlauf (fachsprachlich auch: Softstart) mit Leistungsbegrenzung beim Einschalten des Motors 300. Eine zweite Steuerfunktion ist das Reversieren des Motors 300.Alternatively or additionally, the control unit 140 (for example the aforementioned microcontroller 140) of the
In jedem Ausführungsbeispiel kann die Modulationslogikeinheit 120 und/oder die Testlogikeinheit 121 mindestens ein Logikgatter (vorzugsweise ein UND-Glied) umfassen zur Realisierung der jeweiligen logischen Verknüpfung (beispielsweise einer entsprechenden booleschen Operation).In each exemplary embodiment, the
In der Darstellung der
In einer ersten Variante jedes Ausführungsbeispiels können die UND-Glieder 120 (und darüber die Ausgangskoppler 130) für verschiedene Schalter der Halbbrücken an demselben Eingangskoppler 110 oder an derselben Testlogikeinheit 121 oder an demselben Filter 122 angeschlossen sein. D.h. einer oder jeder der Abschaltwege 106 kann mehr als einen Ausgangskoppler 130 umfassen. In einer zweiten Variante jedes Ausführungsbeispiels, die für verschiedene Abschaltwege 106 mit der ersten Variante kombinierbar sein kann, können verschiedene Schalter der Halbbrücken an jeweils eigenen Abschaltwegen 106 angeschlossen sein. Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 mehr als zwei Abschaltwege 106 umfassen.In a first variant of each exemplary embodiment, the AND elements 120 (and above them the output couplers 130) for different switches of the half bridges can be connected to the
Die Vorrichtung 100 kann als Sicherheitsfunktion des Frequenzumrichters 400 vorgesehen oder einsetzbar sein. Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung 100 eine Stromunterbrechung der Ansteuerung des Frequenzumrichters 400 bewirken.The
Obwohl die Erfindung in Bezug auf exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist für Fachkundige ersichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können. Ferner können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehre der Erfindung anzupassen. Folglich ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen.Although the invention has been described with reference to exemplary embodiments, those skilled in the art will recognize that various changes may be made and equivalents may be substituted. Furthermore, many modifications can be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention. Accordingly, the invention is not limited to the disclosed embodiments, but includes all embodiments falling within the scope of the appended claims.
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Vorrichtung zur Freischaltung einer Ansteuerung einer LeistungsstufeDevice for enabling control of a power stage
- 102102
- Erste Eingang eines Sicherheitsfunktionssignals, vorzugsweise eines STO-SignalsFirst input of a safety function signal, preferably an STO signal
- 104104
- Zweiter Eingang eines Referenzpotentials zum SicherheitsfunktionssignalSecond input of a reference potential for the safety function signal
- 106106
- Abschaltwegswitch-off way
- 107A107A
- Modulator-AbschaltwegModulator Shutdown Path
- 107B107B
- Steuereinheit-Abschaltweg, vorzugsweise Mikrocontroller-AbschaltwegControl unit shutdown path, preferably microcontroller shutdown path
- 108108
- Freischaltbares ModulationssignalUnlockable modulation signal
- 110110
- Galvanisch trennender Eingangskoppler des Sicherheitsfunktionssignals, beispielsweise OptokopplerElectrically isolating input coupler of the safety function signal, e.g. optocoupler
- 120120
- Modulationslogikeinheit, beispielsweise UND-GliedModulation logic unit, such as AND gate
- 121121
- Testlogikeinheit, beispielsweise UND-GliedTest logic unit, for example AND gate
- 122122
- Filter, beispielsweise Tiefpass-FilterFilters, such as low-pass filters
- 124124
- Verstärkeramplifier
- 126126
- Tiefpasslow pass
- 128128
- Schmitt-Trigger, vorzugsweise invertierender Schmitt-TriggerSchmitt trigger, preferably inverting Schmitt trigger
- 129129
- Signalabgriff zur DiagnoseSignal tap for diagnosis
- 130130
- Ausgang des freischaltbaren Modulationssignals, vorzugsweise galvanisch trennender Ausgangskoppler, beispielsweise OptokopplerOutput of the modulation signal that can be activated, preferably a galvanically isolating output coupler, for example an optocoupler
- 140140
- Steuereinheit, beispielsweise Überwachung der SicherheitsfunktionControl unit, for example monitoring of the safety function
- 142142
- Anweisung zum Abschalten der ModulationssignaleInstruction to switch off the modulation signals
- 144144
- Testsignaltest signal
- 150150
- Entkoppelnder Transformator, beispielsweise galvanisch getrennter DC/DC-WandlerDecoupling transformer, e.g. galvanically isolated DC/DC converter
- 152152
- Erster entkoppelter Ausgang des TransformatorsFirst decoupled output of the transformer
- 154154
- Zweiter entkoppelter Ausgang des TransformatorsSecond decoupled output of the transformer
- 160160
- Modulator, beispielsweise Mikrocontroller oder Taktgeber für PWM-SignalModulator, e.g. microcontroller or clock generator for PWM signal
- 162162
- Eingang des BetriebssignalsOperating signal input
- 164164
- Eingang des Referenzpotentials zum Betriebssignal Erstes Modulationssignal,Input of the reference potential to the operating signal First modulation signal,
- 166166
- beispielsweise PWM-Signal für positiven Phasenabschnitt und/oder für Halbleiterschalter eines high-side-Zweigsfor example PWM signal for positive phase section and/or for semiconductor switches of a high-side branch
- 168168
- Zweites Modulationssignal, beispielsweise PWM-Signal für negativen Phasenabschnitt und/oder für Halbleiterschalter eines low-side-ZweigsSecond modulation signal, for example PWM signal for negative phase section and/or for semiconductor switches of a low-side branch
- 200200
- Leistungsstufe, beispielsweise Halbbrücke, H-Brücke oder B6-BrückePower stage, for example half-bridge, H-bridge or B6-bridge
- 202202
- Erster Netzanschluss, beispielsweise positiver Anschluss zum GleichspannungsnetzFirst mains connection, for example positive connection to the DC voltage mains
- 204204
- Zweiter Netzanschluss, beispielsweise negativer Anschluss zum GleichspannungsnetzSecond mains connection, for example negative connection to the DC voltage mains
- 300300
- Elektrische Maschine, vorzugsweise Drehstrom-AsynchronmaschineElectrical machine, preferably three-phase asynchronous machine
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102011003922 A1 [0002]DE 102011003922 A1 [0002]
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020118024.1A DE102020118024A1 (en) | 2020-07-08 | 2020-07-08 | Technology for activating a control of a power stage |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE102020118024.1A DE102020118024A1 (en) | 2020-07-08 | 2020-07-08 | Technology for activating a control of a power stage |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011003922A1 (en) | 2011-02-10 | 2012-08-16 | Lenze Automation Gmbh | Control unit with safe torque-off function for an electric motor |
-
2020
- 2020-07-08 DE DE102020118024.1A patent/DE102020118024A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011003922A1 (en) | 2011-02-10 | 2012-08-16 | Lenze Automation Gmbh | Control unit with safe torque-off function for an electric motor |
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