DE102021101884A1 - Phase current measurement method and control circuit - Google Patents
Phase current measurement method and control circuit Download PDFInfo
- Publication number
- DE102021101884A1 DE102021101884A1 DE102021101884.6A DE102021101884A DE102021101884A1 DE 102021101884 A1 DE102021101884 A1 DE 102021101884A1 DE 102021101884 A DE102021101884 A DE 102021101884A DE 102021101884 A1 DE102021101884 A1 DE 102021101884A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- phase current
- phase
- current
- switching
- motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
- H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
- H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
- H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/28—Arrangements for controlling current
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zur Phasenstrommessung eines Elektromotors (M) über ein Strommesselement (14), das zwischen einer Schaltbrücke (12) mit wenigstens einem schaltbaren Schaltelement (S) zur Steuerung wenigstens eines einen Phasenstrom (I_U, I_V, I_W) einer Motorphase (U, V, W) des Elektromotors (M) beeinflussenden Schaltzustands (s1, s2) und einer mit der Schaltbrücke (12) verbundenen Spannungsquelle (V_DC) zur Speisung des Phasenstroms (I_U, I_V, I_W) angeordnet ist, wobei an wenigstens eine von zwei durch die Schaltbrücke (12) veränderlichen Schaltzuständen (s1, s2) eine Überbrückungszeit (t_u) zur Vermeidung eines Kurzschlusses angrenzt und die Phasenstrommessung erfolgt, indem über das Strommesselement (14) wenigstens ein einer Motorphase (U, V, W) eindeutig zugeordneter Phasenstrom (I_U, I_V, I_W) zu einem berechneten Abtastzeitpunkt (t_i) während der Überbrückungszeit (t_u) erfasst wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuerschaltung (10). The invention relates to a method (100) for measuring the phase current of an electric motor (M) using a current measuring element (14) which is connected between a switching bridge (12) with at least one switchable switching element (S) for controlling at least one phase current (I_U, I_V, I_W) switching state (s1, s2) influencing a motor phase (U, V, W) of the electric motor (M) and a voltage source (V_DC) connected to the switching bridge (12) for feeding the phase current (I_U, I_V, I_W), with an at least one of two switching states (s1, s2) that can be changed by the switching bridge (12) has a bridging time (t_u) to avoid a short circuit and the phase current is measured by using the current measuring element (14) to measure at least one of a motor phase (U, V, W) uniquely assigned phase current (I_U, I_V, I_W) is detected at a calculated sampling time (t_i) during the bridging time (t_u). The invention also relates to a control circuit (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuerschaltung.The invention relates to a method according to
Ein Verfahren zur Phasenstrommessung ist beispielsweise aus
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, den Phasenstrom eines Elektromotors genauer und zuverlässiger zu erfassen sowie die Leistungsfähigkeit und die Effizienz des Elektromotors zu erhöhen. Weiterhin soll die Steuerschaltung zur Ansteuerung des Elektromotors und zur Phasenstrommessung kostengünstig und mit möglichst wenig Bauteilen ausgeführt werden. Insbesondere ist eine Messung des Phasenstroms, bevorzugt der gesamten Phasenströme mit einem einzelnen, zentralen Strommesselement durchzuführen.The object of the present invention is to detect the phase current of an electric motor more precisely and reliably and to increase the performance and efficiency of the electric motor. Furthermore, the control circuit for activating the electric motor and for measuring the phase current should be implemented in a cost-effective manner and with as few components as possible. In particular, the phase current, preferably the entire phase current, is to be measured with a single, central current measuring element.
Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch ein Verfahren zur Phasenstrommessung eines Elektromotors über ein Strommesselement gelöst, das zwischen einer Schaltbrücke mit wenigstens einem schaltbaren Schaltelement zur Steuerung eines einen Phasenstrom einer Motorphase des Elektromotors beeinflussenden Schaltzustands und einer mit der Schaltbrücke verbundenen Spannungsquelle zur Speisung des Phasenstroms angeordnet ist, wobei an wenigstens einen von zwei durch die Schaltbrücke veränderlichen Schaltzuständen eine Überbrückungszeit zur Vermeidung eines Kurzschlusses angrenzt und die Phasenstrommessung erfolgt, indem über das Strommesselement wenigstens ein einer Motorphase eindeutig zugeordneter Phasenstrom zu einem berechneten Abtastzeitpunkt während der Überbrückungszeit erfasst wird.At least one of these objects is achieved by a method for measuring the phase current of an electric motor using a current measuring element, which is arranged between a switching bridge with at least one switchable switching element for controlling a switching state influencing a phase current of a motor phase of the electric motor and a voltage source connected to the switching bridge for feeding the phase current , wherein a bridging time to avoid a short circuit is adjacent to at least one of two switching states that can be changed by the switching bridge and the phase current measurement is carried out by using the current measuring element to detect at least one phase current clearly assigned to a motor phase at a calculated sampling time during the bridging time.
Dadurch kann der Phasenstrom eines Elektromotors genauer und zuverlässiger gemessen werden und zugleich die Leistungsfähigkeit und Effizienz des Elektromotors erhöht werden. Die Kenntnis des wenigstens einen gemessenen Phasenstroms kann eine genauere Regelung des Elektromotors über die Steuerschaltung ermöglichen. Eine Veränderung der Motorsteuerung für eine Phasenstrommessung kann ausbleiben. Bevorzugt wird die Phasenstrommessung mit dem Abtastzeitpunkt während der Überbrückungszeit durchgeführt, wenn eine Phasenstrommessung außerhalb der Überbrückungszeit, insbesondere während des jeweiligen Schaltzustands nicht durchführbar ist. Bevorzugt ist während der Überbrückungszeit genau ein einer Motorphase eindeutig zugeordneter Phasenstrom messbar.As a result, the phase current of an electric motor can be measured more accurately and reliably, and at the same time the performance and efficiency of the electric motor can be increased. Knowing the at least one measured phase current can enable more precise regulation of the electric motor via the control circuit. A change in the motor control for a phase current measurement can be omitted. The phase current measurement is preferably carried out with the sampling time during the bridging time if a phase current measurement cannot be carried out outside of the bridging time, in particular during the respective switching state. During the bridging time, precisely one phase current that is uniquely assigned to a motor phase can preferably be measured.
Der Elektromotor kann ein bürstenloser Gleichstrommotor, insbesondere ein BLDC-Motor sein. Der Elektromotor kann mehrere Motorphasen, bevorzugt drei Motorphasen U, V, W aufweisen. Der Elektromotor kann als Antrieb in einem Aktor wirken. Der Elektromotor kann in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug wirksam sein.The electric motor can be a brushless direct current motor, in particular a BLDC motor. The electric motor can have several motor phases, preferably three motor phases U, V, W. The electric motor can act as a drive in an actuator. The electric motor can be effective in a vehicle, in particular in a motor vehicle.
Die Schaltbrücke kann eine B6-Brücke sein. Die Schaltbrücke kann ein Wechselrichter sein. Die Schaltbrücke kann sechs Schaltelemente aufweisen, insbesondere für die erste Motorphase U ein erstes Highside-Schaltelement S1.h und ein erstes Lowside-Schaltelement S1.I, für die zweite Motorphase V ein zweites Highside-Schaltelement S2.h und ein zweites Lowside-Schaltelement S2.I und für die dritte Motorphase ein drittes Highside-Schaltelement S3.h und ein drittes Lowside-Schaltelement S3.I. Wenigstens eines der Schaltelemente S besteht bevorzugt jeweils aus einem Transistor T mit einer definierten Durchlassrichtung sowie bevorzugt einer Diode D, insbesondere einer antiparallelen Body-Diode.The switching bridge can be a B6 bridge. The switching bridge can be an inverter. The switching bridge can have six switching elements, in particular for the first motor phase U a first high-side switching element S1.h and a first low-side switching element S1.I, for the second motor phase V a second high-side switching element S2.h and a second low-side switching element S2.I and for the third motor phase a third high-side switching element S3.h and a third low-side switching element S3.I. At least one of the switching elements S preferably consists of a transistor T with a defined forward direction and preferably a diode D, in particular an antiparallel body diode.
Die Ansteuerung der Schaltbrücke zur Steuerung des wenigstens einen Phasenstroms kann über ein PWM-Signal mit einer Ansteuerfrequenz erfolgen. Die Ansteuerung der Phasenbrücke erfolgt bevorzugt über die Spannungsraumzeigermodulation unter Anwendung von die Spannungsraumzeiger während einer PWM-Periode festlegenden Modulationsfaktoren. Die Ansteuerung kann beispielsweise durch eine Flat-Bottom-Ansteuerung, eine Flat-Top-Ansteuerung oder eine THI-Ansteuerung (Third Harmonic Injection) erfolgen.The switching bridge for controlling the at least one phase current can be activated via a PWM signal with an activation frequency. The phase bridge is preferably controlled via the voltage space vector modulation using modulation factors that define the voltage space vector during a PWM period. The control can take place, for example, by a flat-bottom control, a flat-top control or a THI control (Third Harmonic Injection).
Der Phasenstrom ist bevorzugt abhängig von einer Schalterstellung des wenigstens einen Schaltelements. Welcher Phasenstrom über das Strommesselement gerade messbar ist, kann von den Schalterstellungen der Schaltelemente in der Schaltbrücke abhängen.The phase current is preferably dependent on a switch position of the at least one switching element. Which phase current can be measured via the current measuring element can depend on the switch positions of the switching elements in the switching bridge.
Innerhalb einer Schaltperiode, insbesondere PWM-Periode, können insbesondere zwei von drei Phasenströmen des dreiphasigen Elektromotors über das Strommesselement messbar sein. Einer dieser Phasenströme weist insbesondere eine positive Polarität und der andere eine negative Polarität auf. Der dritte Phasenstrom kann in Kenntnis von den zwei über das Strommesselement gemessenen Phasenströmen berechnet werden, beispielsweise mit dem Kirchhoff-Gesetz.Within a switching period, in particular a PWM period, two of three phase currents of the three-phase electric motor can be measured via the current measuring element. In particular, one of these phase currents has a positive polarity and the other has a negative polarity. Knowing the two phase currents measured via the current measuring element, the third phase current can be calculated, for example using Kirchhoff's law.
Ist beispielsweise genau ein Highside-Schaltelement einer Motorphase leitend geschaltet, während das zugeordnete Lowside-Schaltelement offen ist und sind die anderen beiden Highside-Schaltelemente der anderen beiden Motorphasen offen und die beiden zugeordneten Lowside-Schaltelemente geschlossen, kann der Phasenstrom der Motorphase mit dem geschlossenen Highside-Schaltelement über eine Phasenstrommessung mit dem Strommesselement eindeutig gemessen werden.If, for example, exactly one high-side switching element of a motor phase is switched on while the associated low-side switching element is open and the other two high-side switching elements of the other two motor phases are open and the two associated low-side switching elements are closed, the phase current of the motor phase with the closed Highside switching element are clearly measured via a phase current measurement with the current measuring element.
Während eines Übergangs zwischen zwei definierten Schaltzuständen, beispielsweise U, V, W = 0, 1, 0 nach U, V, W = 0, 1, 1 kann eine Übergangsschaltung beim Umschalten der Motorphase W erfolgen, bei dem beide Schaltelemente der Motorphase W offen sind, also bei dem hier S3.h und S3.I offen sind. Die Dauer der Übergangsschaltung ist bevorzugt die Überbrückungszeit (dead time). Bei einer Strommessung über das Strommesselement kann die Überbrückungszeit größer als eine für die Phasenstrommessung erforderliche Messzeit sein. Die Überbrückungszeit verringert somit zeitlich die Möglichkeit einer Strommessung in dem regulären Schaltzustand. Ist die Dauer des Schaltzustands bereits klein, kann dies eine Strommessung während des regulären Schaltzustands über das Strommesselement unmöglich machen.During a transition between two defined switching states, for example U, V, W = 0, 1, 0 to U, V, W = 0, 1, 1, a transitional switching can take place when switching over the motor phase W, in which both switching elements of the motor phase W open are, i.e. where S3.h and S3.I are open here. The duration of the transitional shift is preferably the bridging time (dead time). In the case of a current measurement via the current measuring element, the bridging time can be longer than a measurement time required for the phase current measurement. The bridging time thus reduces the possibility of a current measurement in the regular switching state. If the duration of the switching state is already short, this can make it impossible to measure the current via the current measuring element during the regular switching state.
Das Strommesselement kann einen Shunt-Widerstand umfassen. Der an dem Strommesselement anliegende zu messende Strom kann über einen Spannungsabfall an dem Shunt-Widerstand berechnet werden.The current sensing element may include a shunt resistor. The current to be measured present at the current measuring element can be calculated via a voltage drop across the shunt resistor.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Phasenstrommessung über das Strommesselement einen wenigstens einer Motorphase eindeutig zugeordneten ersten Phasenstrom und einen einer weiteren Motorphase eindeutig zugeordneten zweiten Phasenstrom erfasst und dabei einer der gemessenen Phasenströme während eines der beiden Schaltzustände und der andere gemessene Phasenstrom während der Überbrückungszeit gemessen wird. Dadurch kann der eindeutig zugeordnete Phasenstrom auch gemessen werden, wenn ein regulärer Schaltzustand eine Phasenstrommessung, beispielsweise aufgrund der kurzen Schaltdauer, nicht zulässt. Der erste Phasenstrom kann positiv und der zweite Phasenstrom kann negativ oder umgekehrt sein.In a preferred embodiment of the invention, it is advantageous if the phase current measurement via the current measuring element detects a first phase current uniquely assigned to at least one motor phase and a second phase current uniquely assigned to a further motor phase, and one of the measured phase currents during one of the two switching states and the other measured phase current is measured during the bridging time. As a result, the clearly assigned phase current can also be measured when a regular switching state does not allow a phase current measurement, for example due to the short switching duration. The first phase current can be positive and the second phase current can be negative or vice versa.
Bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn vor Messung des ersten und zweiten Phasenstroms bereits die Polarität des zu messenden Phasenstroms ermittelt und diesem zugeordnet wird. Der während des wenigstens einen Abtastzeitpunkts gemessene Phasenstrom kann unmittelbar als positiver oder negativer Phasenstrom ermittelt werden, womit die Messpunktsetzung an dieser Stelle eine implizite logische Zuordnung der Polarität des Phasenstroms durchführt, was den tatsächlich umzusetzenden Logik-Aufwand verringert. Es kann gelten:
- Der bei einem positiven Abtastzeitpunkt gemessene Phasenstrom: Ip = I(ti,p)
- Der bei einem negativen Abtastzeitpunkt gemessene Phasenstrom: In = -I(ti,n)
- The phase current measured at a positive sampling time: I p = I(t i,p )
- The phase current measured at a negative sampling time: I n = -I(t i,n )
Diese Zuordnung kann für die Messungen innerhalb oder außerhalb der Überbrückungszeit anwendbar sein. Dadurch können die beiden in der Polarität verschiedenen Messwerte des ersten und zweiten Phasenstroms getrennt voneinander phasenrichtig zugeordnet werden. Dazu ist insbesondere bei der Zuordnung des positiven Phasenstroms erforderlich, dass die entsprechende Motorphase die einzige ist, welche aktuell mit dem positiven Potential des Gleichstromkreises verbunden ist, also nur deren Highside-Schaltelement durchschaltet, damit eine der drei folgenden Zuordnungen gilt:
In einem komplementären Betrieb der Schaltbrücke deckt die Bedingung, dass ein Schaltelement einer jeweiligen Motorphase aktiv sein soll, also beispielsweise S1.h = 1, gleichzeitig auch die Bedingung ab, dass das entsprechende andere Schaltelement dieser Motorphase inaktiv sein muss, also beispielsweise S1.I = 0, um einen Kurzschluss des Gleichstromkreises zu verhindern, beispielsweise über die in die Steuerung der Schaltbrücke eingebundene Überbrückungszeit. Daher ist eine explizite Abfrage nach dem Zustand des anderen Schaltelements einer jeweiligen Motorphase entbehrlich.In a complementary operation of the switching bridge, the condition that a switching element of a respective motor phase should be active, ie for example S1.h=1, also covers the condition that the corresponding other switching element of this motor phase must be inactive, ie for example S1.I = 0 to prevent a short circuit in the DC circuit, for example via the bridging time involved in the control of the switching bridge. Therefore, an explicit request for the status of the other switching element of a respective motor phase is unnecessary.
Die Abfrage nach dem Zustand der Lowside-Schaltelemente der anderen beiden Motorphasen, also beispielsweise ob diese mit der Masse geschaltet verbunden sind, beispielsweise S2.I = 1 oder ob diese während der Überbrückungszeit t_u offen sind, wie beispielsweise S3.I = 0, kann entbehrlich sein. Sind beide Motorphasen geschaltet mit Masse verbunden, liegt ein regulärer Schaltzustand (erster Schaltzustand, zweiter Schaltzustand) vor und der Phasenstrom kann über die Phasenstrommessung mit dem Strommesselement eindeutig einer Motorphase zugewiesen werden. Ist eine der anderen beiden Motorphasen offen, wie beispielsweise während der Überbrückungszeit, kann die Abtastung während der Überbrückungszeit t_u erfolgen. Dabei kann der positive Phasenstrom messbar sein, wenn der positive Abtastzeitpunkt in die Überbrückungszeit t_u gelegt wird. Die Motorphase, deren Highside-Schaltelement aktiv ist, ist die einzige, durch welche dieser messbare positive Phasenstrom fließen kann, womit die Zuordnung des Phasenstroms bezüglich dieser Motorphase eindeutig ist.The query for the status of the low-side switching elements of the other two motor phases, for example whether they are connected to ground, for example S2.I = 1, or whether they are open during the bridging time t_u, such as S3.I = 0 be expendable. If both motor phases are switched and connected to ground, there is a regular switching state (first switching state, second switching state) and the phase current can be clearly assigned to a motor phase via the phase current measurement with the current measuring element. If one of the other two motor phases is open, for example during the bridging time, sampling can take place during the bridging time t_u. In this case, the positive phase current can be measured if the positive sampling time falls within the bridging time t_u is placed. The motor phase whose high-side switching element is active is the only one through which this measurable positive phase current can flow, which means that the assignment of the phase current with regard to this motor phase is unambiguous.
Die bei der Zuordnung des negativen Phasenstroms erforderliche Bedingung ist, dass die entsprechende Motorphase die einzige ist, welche aktuell mit dem negativen Potential des Gleichstromkreises, also mit Masse verbunden ist, also nur deren Lowside-Schaltelement durchschaltet, damit eine der drei folgenden Zuordnungen gilt:
Die Abfrage nach dem Zustand der Highside-Schaltelemente der anderen beiden Motorphasen, also beispielsweise ob diese mit dem positiven Versorgungspotential geschaltet verbunden sind, beispielsweise S2.h = 1 oder ob diese während der Überbrückungszeit t_u offen sind, wie beispielsweise S3.h = 0, kann bei einem komplementären Betrieb der Schaltbrücke entbehrlich sein. Sind beide Motorphasen geschaltet mit dem positiven Versorgungspotential verbunden, liegt ein regulärer Schaltzustand (erster Schaltzustand, zweiter Schaltzustand) vor und der Phasenstrom kann über die Phasenstrommessung mit dem Strommesselement eindeutig einer Motorphase zugewiesen werden. Ist eine der anderen beiden Motorphasen offen, wie beispielsweise während der Überbrückungszeit, kann die Abtastung während der Überbrückungszeit t_u erfolgen. Dabei kann der negative Phasenstrom messbar sein, wenn der negative Abtastzeitpunkt in die Überbrückungszeit t_u gelegt wird. Die Motorphase, deren Lowside-Schaltelement aktiv ist, ist die einzige, durch welche dieser messbare negative Phasenstrom fließen kann, womit die Zuordnung des Phasenstroms bezüglich dieser Motorphase eindeutig ist.Querying the status of the high-side switching elements of the other two motor phases, for example whether they are connected to the positive supply potential, for example S2.h = 1 or whether they are open during the bridging time t_u, for example S3.h = 0, can be dispensable with a complementary operation of the switching bridge. If both motor phases are switched and connected to the positive supply potential, there is a regular switching state (first switching state, second switching state) and the phase current can be clearly assigned to a motor phase via the phase current measurement with the current measuring element. If one of the other two motor phases is open, for example during the bridging time, sampling can take place during the bridging time t_u. The negative phase current can be measured if the negative sampling time is placed in the bridging time t_u. The motor phase whose low-side switching element is active is the only one through which this measurable negative phase current can flow, which means that the assignment of the phase current with regard to this motor phase is unambiguous.
Damit kann neben der Erweiterung der Messzeitfenster während einer PWM-Periode auch die Zuordnungslogik bei der Phasenstrommessung mit dem Strommesselement vereinfacht werden.In addition to extending the measurement time window during a PWM period, this also simplifies the assignment logic when measuring the phase current with the current measuring element.
Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erster Abtastzeitpunkt zur Messung des einer Motorphase eindeutig zugeordneten ersten Phasenstroms und ein zweiter Abtastzeitpunkt zur Messung des einer weiteren Motorphase eindeutig zugeordneten zweiten Phasenstroms vor Durchführung der Messung berechnet wird. Dadurch kann die Messung des ersten und zweiten Phasenstroms genauer erfolgen.A preferred embodiment of the invention provides that a first sampling time for measuring the first phase current uniquely assigned to a motor phase and a second sampling time for measuring the second phase current uniquely assigned to another motor phase are calculated before the measurement is carried out. This allows the first and second phase currents to be measured more accurately.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der der erste und zweite Phasenstrom beide während einer Schaltperiode eines eine Ansteuerfrequenz aufweisenden Ansteuerungszyklus der Ansteuerung der Schaltbrücke gemessen werden. Dadurch kann die Genauigkeit der Ansteuerung des Elektromotors erhöht werden. Der Elektromotor kann leistungsfähiger und effizienter sein.A preferred embodiment of the invention is advantageous, in which the first and second phase currents are both measured during a switching period of a control cycle, which has a control frequency, of the control of the switching bridge. As a result, the accuracy of the control of the electric motor can be increased. The electric motor can be more powerful and efficient.
Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Berechnung des wenigstens einen Abtastzeitpunkts abhängig von einer Bedingung ist, bei der für die Ansteuerung der Schaltbrücke über eine Spannungsraumzeigermodulation verwendete Modulationsfaktoren berücksichtigt werden. Dadurch kann der Abtastzeitpunkt für eine eindeutige Phasenstrommessung genau festgelegt werden oder aber auch vorab festgestellt werden, ob eine Phasenstrommessung zur eindeutigen Zuordnung eines Phasenstroms während der betreffenden Schaltperiode möglich ist.In a preferred embodiment of the invention, provision is made for the calculation of the at least one sampling instant to be dependent on a condition in which modulation factors used for driving the switching bridge via voltage space vector modulation are taken into account. As a result, the sampling time for an unambiguous phase current measurement can be precisely defined or it can also be determined in advance whether a phase current measurement is possible for the unambiguous assignment of a phase current during the relevant switching period.
Bei einer speziellen Ausführung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn die Berechnung des wenigstens einen Abtastzeitpunkts abhängig von einer vorab berechneten Polarität des zu messenden Phasenstroms ist. Dadurch kann der Abtastzeitpunkt genau festgelegt werden, um den Phasenstrom optimal zu messen.In a specific embodiment of the invention, it is advantageous if the calculation of the at least one sampling time is dependent on a previously calculated polarity of the phase current to be measured. As a result, the sampling time can be precisely defined in order to optimally measure the phase current.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der das Strommesselement zwischen der Spannungsquelle und der Schaltbrücke angeordnet ist und damit einen zwischen der Spannungsquelle und der Schaltbrücke fließenden elektrischen Strom misst. Dadurch kann mit dem einzelnen Strommesselement sowohl der gesamte den Elektromotor über die Spannungsquelle versorgende Betriebsstrom als auch der einzelne einer Motorphase eindeutig zugeordnete Phasenstrom gemessen werden.A preferred embodiment of the invention is advantageous in which the current measuring element is arranged between the voltage source and the switching bridge and thus measures an electric current flowing between the voltage source and the switching bridge. As a result, both the entire operating current supplying the electric motor via the voltage source and the individual phase current clearly assigned to a motor phase can be measured with the individual current measuring element.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Strommesselement in dem Massepfad zwischen der Spannungsquelle und der Schaltbrücke angeordnet ist. Das Strommesselement kann auch in der Zuleitung zwischen der Spannungsquelle und der Schaltbrücke angeordnet sein. Bevorzugt ist nur ein einzelnes Strommesselement zur Phasenstrommessung angeordnet.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the current measuring element is arranged in the ground path between the voltage source and the switching bridge. The current measuring element can also be arranged in the supply line between the voltage source and the switching bridge. Only a single current measuring element is preferably arranged for phase current measurement.
Weiterhin wird wenigstens eine der zuvor angegebenen Aufgaben durch eine Steuerschaltung zur Ansteuerung eines Elektromotors und zur Phasenstrommessung des Elektromotors gelöst, aufweisend eine mit einer Spannungsquelle verbindbare Schaltbrücke mit wenigstens einem schaltbaren Schaltelement zur Steuerung eines einen Phasenstrom des Elektromotors beeinflussenden Schaltzustands und ein Strommesselement, das zwischen der Schaltbrücke und der den Phasenstrom speisenden Spannungsquelle angeordnet ist und das eingerichtet ist, eine Phasenstrommessung mit einem zuvor beschrieben Verfahren durchzuführen. Die Steuerschaltung zur Ansteuerung des Elektromotors und zur Phasenstrommessung kann kostengünstig und mit möglichst wenig Bauteilen ausgeführt werden und dennoch eine genaue Phasenstrommessung durchgeführt werden.Furthermore, at least one of the above-mentioned objects is achieved by a control circuit for controlling an electric motor and for measuring the phase current of the electric motor, having a switching bridge which can be connected to a voltage source and having at least one switchable switching element for controlling a switching state influencing a phase current of the electric motor and a current measuring element which is connected between the Switching bridge and the voltage source feeding the phase current is arranged and which is set up to carry out a phase current measurement with a method described above. The control circuit for driving the electric motor and for measuring the phase current can be implemented inexpensively and with as few components as possible, and an accurate phase current measurement can nevertheless be carried out.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.Further advantages and advantageous configurations of the invention result from the description of the figures and the illustrations.
Figurenlistecharacter list
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
-
1 : Eine Steuerschaltung zur Ansteuerung eines Elektromotors in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. -
2 : Einen zeitlichen Ablauf von Schaltzuständen während eines Ansteuerungszyklus bei der Ansteuerung des Elektromotors in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. -
3 : Eine Schaltbrücke mit eingezeichnetem Strompfad bei einem ersten Schaltzustand. -
4 : Eine Schaltbrücke mit eingezeichnetem Strompfad bei einem Umschalten der W-Motorphase in einem ersten Zustand. -
5 : Eine Schaltbrücke mit eingezeichnetem Strompfad bei einem Umschalten der W-Motorphase in einem zweiten Zustand. -
6 : Ein Verfahren zur Phasenstrommessung eines Elektromotors in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
-
1 : A control circuit for driving an electric motor in a special embodiment of the invention. -
2 : A time sequence of switching states during a control cycle when controlling the electric motor in a special embodiment of the invention. -
3 : A switching bridge with a drawn current path in a first switching state. -
4 : A switching bridge with a drawn current path when switching the W motor phase in a first state. -
5 : A jumper with a drawn current path when switching the W motor phase in a second state. -
6 : A method for phase current measurement of an electric motor in a special embodiment of the invention.
Die Schaltbrücke 12 ist an einer Spannungsquelle, insbesondere einer Gleichspannungsquelle mit der Versorgungsspannung V_DC angeschlossen, die die drei Motorphasen U, V, W des Elektromotors M, der bevorzugt als BLDC-Motors ausgeführt ist, mit elektrischer Energie versorgt. In den Massepfad zwischen der Schaltbrücke 12 und der Spannungsquelle ist ein Strommesselement 14, insbesondere ein Shunt-Widerstand geschaltet, der eine Phasenstrommessung ermöglicht.The switching
Beispielsweise ergibt sich bei einer Flat-Bottom-Ansteuerung der wie vorliegend abgebildete zeitliche Ablauf der Schaltzustände innerhalb eines Ansteuerungszyklus, insbesondere einer PWM-Periode T_PWM bei einer Spannungsraumzeigermodulation. Der Ansteuerungszyklus beginnt beispielsweise mit einem einleitenden Schaltzustand s0, bei dem die Motorphasen U, V, W des Elektromotors über die Transistoren des ersten, zweiten und dritten Lowside-Schaltelements S1.I, S2.1, S3.I kurzgeschlossen sind und kein Gleichstrom im Massepfad der Steuerschaltung messbar ist. Der logische Zustand der Schaltelemente ist damit S1.h, S1.I, S2.h, S2.I, S3.h, S3.I = 0, 1, 0, 1, 0, 1.For example, in the case of a flat-bottom control, the time sequence of the switching states as shown here results within a control cycle, in particular a PWM period T_PWM in the case of a voltage space vector modulation. The control cycle begins, for example, with an introductory switching state s0, in which the motor phases U, V, W of the electric motor are short-circuited via the transistors of the first, second and third low-side switching elements S1.I, S2.1, S3.I and no direct current im Ground path of the control circuit can be measured. The logic state of the switching elements is therefore S1.h, S1.I, S2.h, S2.I, S3.h, S3.I = 0, 1, 0, 1, 0, 1.
Darauf folgt eine erste Überbrückungszeit t_u_1, bei der die Highside-Schaltelemente S1.h, S2.h, S3.h nicht, also weder die Transistoren noch die Dioden, leiten und die bei einem Übergang zu einem positiven Phasenstrom bei einer der Motorphasen U, V, W liegt. Bevor das zweite Highside-Schaltelement S2.h auf logisch 1 geschaltet wird, wird zunächst das zweite Lowside-Schaltelement S2.I auf 0 geschaltet, um einen Kurzschluss über die zweiten Schaltelemente S2.I, S2.h zu verhindern. Während der ersten Überbrückungszeit t_u_1 ist kein Gleichstrom in dem Massepfad messbar, da der Gleichstromkreis nach wie vor unterbrochen ist.This is followed by a first bridging time t_u_1, during which the high-side switching elements S1.h, S2.h, S3.h are not conducting, i.e. neither the transistors nor the diodes, and during a transition to a positive phase current in one of the motor phases U, V, W lies. Before the second high-side switching element S2.h is switched to
Darauf folgt ein erster Schaltzustand s1, bei dem eines der Highside-Schaltelemente, hier S2.h über den zugeordneten Transistor leitend geschaltet ist, während die anderen beiden Highside-Schaltelemente S1.h, S3.h ungeschaltet also logisch auf 0 bleiben. Während dem ersten Schaltzustand s1 kann gemäß nachfolgender Tabelle 1 der gemessene Phasenstrom eindeutig einer Motorphase U, V, W, in diesem Beispiel der Motorphase V, zugewiesen werden. In Tabelle 1 ist die erste Spalte die Schalterstellung der Motorphase, die zweite Spalte die Schalterstellung der Schaltelemente und die dritte Spalte der messbare eindeutige Phasenstrom der jeweiligen Motorphase. Tabelle 1
Der gemessene Phasenstrom in dem Strommesselement entspricht dabei einem positiven Phasenstrom derjenigen Motorphase, deren Highside-Schaltelement leitend geschaltet ist. The measured phase current in the current measuring element corresponds to a positive phase current of that motor phase whose high-side switching element is switched on.
Anschließend erfolgt eine zweite Überbrückungszeit t_u_2, während der eine zweite Motorphase, hier W ihren Zustand wechselt und bei der das zugeordnete Highside-Schaltelement, hier S3.h und Lowside-Schaltelement, hier S3.I nicht leitend geschaltet ist. Während dieser zweiten Überbrückungszeit t_u_2 ist grundsätzlich ein Phasenstrom über das Strommesselement messbar, dessen phasenrichtige Zuordnung später noch genauer erläutert wird.Then there is a second bridging time t_u_2, during which a second motor phase, here W, changes its state and during which the associated high-side switching element, here S3.h and low-side switching element, here S3.I is not switched on. During this second bridging time t_u_2, a phase current can basically be measured via the current measuring element, the phase-correct assignment of which will be explained in more detail later.
Die erste Hälfte der PWM-Periode T_PWM (bei symmetrischer PWM-Ansteuerung) schließt ein zweiter Schaltzustand s2 ab, während dem genau zwei Motorphasen, hier V, W mit dem positiven Potential des Gleichstromkreises verbunden sind, also eine logische 1 aufweisen, beispielsweise entweder U, V, W = 1, 1, 0 oder U, V, W = 1, 0, 1 oder U, V, W = 0, 1, 1. Auch für diese Zustände ist gemäß Tabelle 1 bereits eine phasenrichtige Zuordnung des gemessenen Phasenstroms bekannt und grundsätzlich ein negativer Phasenstrom, hier -i_U messbar. Die zweite Hälfte der PWM-Periode verläuft in rückwärtiger Reihenfolge, ausgehend von dem zweiten Schaltzustand s2 bis hin zu dem einleitenden Schaltzustand s0, bei dem gilt U, V, W = 0, 0, 0.The first half of the PWM period T_PWM (with symmetrical PWM control) concludes with a second switching state s2, during which exactly two motor phases, here V, W, are connected to the positive potential of the DC circuit, i.e. have a logical 1, for example either U , V, W = 1, 1, 0 or U, V, W = 1, 0, 1 or U, V, W = 0, 1, 1. According to Table 1, there is already an in-phase assignment of the measured phase current for these states known and basically a negative phase current, here -i_U measurable. The second half of the PWM period runs in reverse order, starting from the second switching state s2 to the introductory switching state s0, in which U, V, W = 0, 0, 0 applies.
Der Strompfad durch die Schaltbrücke ist für einen eindeutigen Schaltzustand, beispielsweise S1.h, S1.I, S2.h, S2.I, S3.h, S3.I = 0, 1, 1, 0, 0, 1, entsprechend U, V, W = 0, 1, 0 durch die Schaltzustände der sechs Schaltelemente genau festgelegt, so dass der Strom grundsätzlich durch einen der beiden komplementären Transistoren einer Motorphase U, V, W fließt. In dem genannten Beispiel fließt der Strom in dem ersten Schaltzustand s1 durch das erste Lowside-Schaltelement S1.I, das zweite Highside-Schaltelement S2.h und das dritte Lowside-Schaltelement S3.I. Bei diesen Schaltzuständen gelten die eindeutigen Zuordnungen des gemessenen Phasenstroms aus Tabelle 1, in dem genannten Beispiel ist der positive Strom durch die V-Motorphase, entsprechend dem Strom durch das zweite Highside-Schaltelement S2.h, als Phasenstrom an dem Strommesselement messbar.The current path through the jumper is for a clear switching state, for example S1.h, S1.I, S2.h, S2.I, S3.h, S3.I = 0, 1, 1, 0, 0, 1, corresponding to U , V, W = 0, 1, 0 are precisely defined by the switching states of the six switching elements, so that the current always flows through one of the two complementary transistors of a motor phase U, V, W. In the example mentioned, the current in the first switching state s1 flows through the first low-side switching element S1.I, the second high-side switching element S2.h and the third low-side switching element S3.I. In these switching states, the clear assignments of the measured phase current from Table 1 apply; in the example mentioned, the positive current through the V motor phase, corresponding to the current through the second high-side switching element S2.h, can be measured as phase current at the current measuring element.
Die phasenrichtige Zuordnung während der zweiten Überbrückungszeit ist dann erforderlich, wenn eine Messpunktsetzung während dem ersten oder zweiten Schaltzustand nicht möglich ist, beispielsweise wenn der entsprechende Schaltzustand zu kurz anliegt. Ob die bei dem ersten und zweiten Schaltzustand möglichen Messzeitfenster jeweils für eine praktische Strommessung ausreichend sind, lässt sich für eine symmetrische PWM-Ansteuerung abhängig von dem Ansteuerverfahren ermitteln. Hierfür ist die Berücksichtigung von Modulationsfaktoren der Spannungsraumzeigermodulation notwendig, die bei der Ansteuerung der Motorphasen U, V, W verwendet werden. Die den Motorphasen zugeordneten Modulationsfaktoren werden bei einer eingestellten PWM-Ansteuerung der Größe nach in m_max, m_mid und m_min eingeteilt. Mit der Periodendauer T_PWM, der Überbrückungszeit t_u und der benötigten Messzeit t_m für die Strommessung kann damit die Bedingung für eine praktische Strommessung in dem ersten und zweiten Schaltzustand abhängig von dem benutzten Ansteuerverfahren wie folgt festgelegt werden:
- Bei Flat-Bottom-Ansteuerung:
- Der positive Phasenstrom ist messbar wenn gilt: m_max - m_mid >= 2 * (t_u + t_m) / T_PWM (Bedingung C_1_fb_p)
- Der negative Phasenstrom ist messbar, wenn gilt: m_mid >= (t_u + t_m) / T_PWM (Bedingung C_1_fb_n)
- Bei Flat-Top-Ansteuerung:
- Der negative Phasenstrom ist messbar, wenn gilt: m_max - m_mid >= 2 * (t_u + t_m) / T_PWM (Bedingung C_1_ft_n)
- Der positive Phasenstrom ist messbar, wenn gilt: m_mid >= (t_u + t_m) / T_PWM (Bedingung C_1_ft_p)
- Bei THI-Ansteuerung:
- Der positive Phasenstrom ist messbar, wenn gilt: m_max - m_mid >= 2 * (t_u + t_m) / T_PWM (Bedingung C_1_thi_p)
- Der negative Phasenstrom ist messbar, wenn gilt: m_mid - m_min >= 2 * (t_u + t_m) / T_PWM (Bedingung C_1_thi_n)
- With flat bottom control:
- The positive phase current can be measured if: m_max - m_mid >= 2 * (t_u + t_m) / T_PWM (condition C_1_fb_p)
- The negative phase current can be measured if: m_mid >= (t_u + t_m) / T_PWM (condition C_1_fb_n)
- With flat-top control:
- The negative phase current can be measured if: m_max - m_mid >= 2 * (t_u + t_m) / T_PWM (condition C_1_ft_n)
- The positive phase current can be measured if: m_mid >= (t_u + t_m) / T_PWM (condition C_1_ft_p)
- With THI control:
- The positive phase current can be measured if: m_max - m_mid >= 2 * (t_u + t_m) / T_PWM (condition C_1_thi_p)
- The negative phase current can be measured if: m_mid - m_min >= 2 * (t_u + t_m) / T_PWM (condition C_1_thi_n)
Sind in Bezug auf eines der Ansteuerverfahren beide Bedingungen erfüllt, können während der Messfenster bei dem ersten und zweiten Schaltzustand zwei Abtastzeitpunkte für den Phasenstrom gesetzt werden und dieser jeweils phasenrichtig gemäß Tabelle 1 zugeordnet werden. Die Abtastzeitpunkte t_i_p, t_i_n für den positiven und den negativen Phasenstrom können für diesen Fall analytisch wie folgt berechnet werden:
- Bei Flat-Bottom-Ansteuerung:
- Der Abtastzeitpunkt für den negativen Phasenstrom: t_i_n = (T_PWM + t_u + t_m) / 2
- Der Abtastzeitpunkt für den positiven Phasenstrom: t_i_p = (1 - (m_max + m_mid) / 2) . T_PWM / 2 + (t_m + t_u) / 2
- Bei Flat-Top-Ansteuerung:
- Der Abtastzeitpunkt für den positiven Phasenstrom: t_i_p = (T_PWM + t_u + t_m) / 2
- Der Abtastzeitpunkt für den negativen Phasenstrom: t_i_n = (1 - (m_max + m_mid) / 2) . T_PWM / 2 + (t_m + t_u) / 2
- Bei THI-Ansteuerung:
- Der Abtastzeitpunkt für den positiven Phasenstrom: t_i_p = (1 - (m_max + m_mid) / 2) . T_PWM / 2 + (t_m + t_u) / 2
- Der Abtastzeitpunkt für den negativen Phasenstrom: t_i_n = (1 - (m_mid + m_min) / 2) . T_PWM / 2 + (t_m + t_u) / 2
- With flat bottom control:
- The sampling time for the negative phase current: t_i_n = (T_PWM + t_u + t_m) / 2
- The sampling time for the positive phase current: t_i_p = (1 - (m_max + m_mid) / 2) . T_PWM / 2 + (t_m + t_u) / 2
- With flat-top control:
- The sampling time for the positive phase current: t_i_p = (T_PWM + t_u + t_m) / 2
- The sampling time for the negative phase current: t_i_n = (1 - (m_max + m_mid) / 2) . T_PWM / 2 + (t_m + t_u) / 2
- With THI control:
- The sampling time for the positive phase current: t_i_p = (1 - (m_max + m_mid) / 2) . T_PWM / 2 + (t_m + t_u) / 2
- The sampling time for the negative phase current: t_i_n = (1 - (m_mid + m_min) / 2) . T_PWM / 2 + (t_m + t_u) / 2
Ist in Bezug auf eines der Ansteuerverfahren mindestens eine dafür aufgestellte Bedingung C_1 nicht erfüllt, kann mindestens einer der beiden während einer PWM-Periode gemessenen Phasenströme nicht nach der zuvor angegebenen Tabelle phasenrichtig zugeordnet werden, da zum Abtastzeitpunkt kein eindeutiger Schaltzustand (erster Schaltzustand, zweiter Schaltzustand) vorliegt.If at least one condition C_1 set up for one of the control methods is not met, at least one of the two phase currents measured during a PWM period cannot be assigned with the correct phase according to the table given above, since there is no clear switching state at the sampling time (first switching state, second switching state ) exists.
Ist allerdings in Bezug auf eines der Ansteuerverfahren genau eine der beiden zuvor angegebenen Bedingungen C_1 erfüllt und die andere nicht erfüllt, beispielsweise wenn C_1_fb_n nicht erfüllt ist, aber C_1_fb_p ist erfüllt und sind weiterhin beide der folgenden Bedingungen je Ansteuerverfahren erfüllt:
- Bei Flat-Bottom-Ansteuerung:
- Der positive Phasenstrom ist messbar, wenn gilt: m_max - m_mid >= 2 * t_m / T_PWM (Bedingung C_2_fb_p)
- Der negative Phasenstrom ist messbar, wenn gilt: m_mid >= t_m / T_PWM (Bedingung C_2_fb_n)
- Bei Flat-Top-Ansteuerung:
- Der negative Phasenstrom ist messbar, wenn gilt: m_max - m_mid >= 2 * t_m / T_PWM (Bedingung C_2_ft_n)
- Der positive Phasenstrom ist messbar, wenn gilt: m_mid >= t_m / T_PWM (Bedingung C_2_ft_p)
- Bei THI-Ansteuerung:
- Der positive Phasenstrom ist messbar, wenn gilt: m_max - m_mid >= 2 * t_m / T_PWM (Bedingung C_2_thi_p)
- Der negative Phasenstrom ist messbar, wenn gilt: m_mid - m_min >= 2 * t_m / T_PWM (Bedingung C_2_thi_n)
- kann der nicht im regulären Messfenster messbare Phasenstrom während der zweiten Überbrückungszeit als Phasenstrom gemessen und phasenrichtig zugeordnet werden. Dazu ist der jeweilige Abtastzeitpunkt t_i anzupassen und wie folgt festzulegen, damit dieser in die zweite Überbrückungszeit fällt:
- Bei Flat-Bottom-Ansteuerung:
- Der Abtastzeitpunkt für den negativen Phasenstrom, falls dieser während der zweiten Überbrückungszeit gemessen wird: t_i_n = (T_PWM + t_m) / 2
- Der Abtastzeitpunkt für den positiven Phasenstrom, falls dieser während der zweiten Überbrückungszeit gemessen wird: t_i_p = (1 - (m_max + m_mid) / 2) · T_PWM / 2 + t_u + t_m/2
- Bei Flat-Top-Ansteuerung:
- Der Abtastzeitpunkt für den positiven Phasenstrom, falls dieser während der zweiten Überbrückungszeit gemessen wird: t_i_p = (T_PWM + t_m) / 2
- Der Abtastzeitpunkt für den negativen Phasenstrom, falls dieser während der zweiten Überbrückungszeit gemessen wird: t_i_n = (1 - (m_max + m_mid) / 2) · T_PWM / 2 + t_u + t_m/2
- Bei THI-Ansteuerung:
- Der Abtastzeitpunkt für den positiven Phasenstrom, falls dieser während der zweiten Überbrückungszeit gemessen wird: t_i_p = (1 - (m_max + m_mid) / 2) · T_PWM / 2 + t_u + t_m/2
- Der Abtastzeitpunkt für den negativen Phasenstrom, falls dieser während der zweiten Überbrückungszeit gemessen wird: t_i_n = (1 - (m_mid + m_min) / 2) · T_PWM / 2 + t_m / 2
- With flat bottom control:
- The positive phase current can be measured if: m_max - m_mid >= 2 * t_m / T_PWM (condition C_2_fb_p)
- The negative phase current can be measured if: m_mid >= t_m / T_PWM (condition C_2_fb_n)
- With flat-top control:
- The negative phase current can be measured if: m_max - m_mid >= 2 * t_m / T_PWM (condition C_2_ft_n)
- The positive phase current can be measured if: m_mid >= t_m / T_PWM (condition C_2_ft_p)
- With THI control:
- The positive phase current can be measured if: m_max - m_mid >= 2 * t_m / T_PWM (condition C_2_thi_p)
- The negative phase current can be measured if: m_mid - m_min >= 2 * t_m / T_PWM (condition C_2_thi_n)
- the phase current that cannot be measured in the regular measurement window can be measured as phase current during the second bridging time and assigned to the correct phase. For this purpose, the respective sampling time t_i must be adjusted and defined as follows so that it falls within the second bridging time:
- With flat bottom control:
- The sampling time for the negative phase current if this is measured during the second bridging time: t_i_n = (T_PWM + t_m) / 2
- The sampling time for the positive phase current if this is measured during the second bridging time: t_i_p = (1 - (m_max + m_mid) / 2) T_PWM / 2 + t_u + t_m/2
- With flat-top control:
- The sampling time for the positive phase current if this is measured during the second bridging time: t_i_p = (T_PWM + t_m) / 2
- The sampling time for the negative phase current, if this occurs during the second over bridging time is measured: t_i_n = (1 - (m_max + m_mid) / 2) T_PWM / 2 + t_u + t_m/2
- With THI control:
- The sampling time for the positive phase current if this is measured during the second bridging time: t_i_p = (1 - (m_max + m_mid) / 2) T_PWM / 2 + t_u + t_m/2
- The sampling time for the negative phase current if this is measured during the second bridging time: t_i_n = (1 - (m_mid + m_min) / 2) T_PWM / 2 + t_m / 2
Der Abtastzeitpunkt des jeweils anderen der beiden zu messenden Phasenströme, welcher nicht während der zweiten Überbrückungszeit gemessen wird (und auch nicht sollte), ist nach dem jeweils zuvor angegebenen Zusammenhang zur Berechnung des jeweiligen Abtastzeitpunkts t_1 zu berechnen.The sampling time of the other of the two phase currents to be measured, which is not (and should not) be measured during the second bridging time, is to be calculated according to the previously specified relationship for calculating the respective sampling time t_1.
Wird auch genau eine der Bedingungen C_2 nicht erfüllt, ist nur einer der beiden möglichen Phasenströme in dieser PWM-Periode messbar. Die beiden verbleibenden Phasenströme können beispielsweise mit einer Extrapolation ermittelt werden.If precisely one of the conditions C_2 is also not met, only one of the two possible phase currents can be measured in this PWM period. The two remaining phase currents can be determined, for example, with an extrapolation.
Sind in Bezug auf eines der Ansteuerverfahren alle Bedingungen nicht erfüllt, ist während der PWM-Periode überhaupt keine Phasenstrommessung möglich, wodurch eine Steuerung anstelle der Stromregelung erfolgen kann.If all conditions are not met with regard to one of the control methods, no phase current measurement is possible at all during the PWM period, which means that control can take place instead of current regulation.
Wird der Phasenstrom in der zweiten Überbrückungszeit abgetastet, muss dieser phasenrichtig zugeordnet werden. Dazu lassen sich zwei grundlegend verschiedene mögliche Zustände definieren:
- Erster Zustand: der negative zu messende Phasenstrom ist betragsmäßig größer als der positive zu messende Phasenstrom. Dann ist der dritte nicht messbare Phasenstrom positiv.
- First state: the negative phase current to be measured is greater in absolute value than the positive phase current to be measured. Then the third non-measurable phase current is positive.
Zweiter Zustand: der positive zu messende Phasenstrom ist betragsmäßig größer als der negative zu messende Phasenstrom. Dann ist der dritte nicht messbare Phasenstrom negativ.Second state: the positive phase current to be measured is larger than the negative phase current to be measured. Then the third non-measurable phase current is negative.
Der nicht messbare Phasenstrom I_W verringert den aus der Gleichspannungsquelle V_DC kommenden und durch das Strommesselement 14 fließenden Gleichstrom, womit der betragsmäßig kleinere der beiden messbaren Phasenströme während der zweiten Überbrückungszeit als Phasenstrom gemessen werden kann.The non-measurable phase current I_W reduces the direct current coming from the direct voltage source V_DC and flowing through the current measuring
Die nachfolgend angegebenen Verfahrensschritte können für jede PWM-Periode durchgeführt werden. Beginnend mit dem Start 102 der PWM-Periode werden in einem ersten Schritt 104 zunächst die Modulationsfaktoren mU, mV, mW der drei Motorphasen U, V, W, abhängig von dem Ansteuerverfahren, der Größe nach geordnet in mmin, mmid, mmax mit mmin ≤ mmid ≤ mmax The method steps specified below can be carried out for each PWM period. Beginning with the
Daraufhin werden in einem weiteren Schritt 106 die minimal notwendigen Zeitfenster t_min, also die minimal notwendigen Schaltzustandszeiten für eindeutige Messungen des Phasenstroms über das Strommesselement abhängig davon, ob ein positiver oder ein negativer Phasenstrom gemessen werden soll, festgelegt.Then, in a
Diese sind für Messungen während der regulären Messfenster, also während des ersten oder zweiten Schaltzustands mit der Überbrückungszeit t_u und der Messzeit t_m:
- positive Phasenstrom: tp,min,1 = 2 · (tu + tm)
- negative Phasenstrom: tn,min,1 = tu + tm
- positive Phasenstrom: tp,min,2 = 2 · tm
- negativer Phasenstrom: tn,min,2 = tm
- positive phase current: t p,min,1 = 2 (t u + t m )
- negative phase current: t n,min,1 = t u + t m
- positive phase current: t p,min,2 = 2 t m
- negative phase current: t n,min,2 = t m
In einem weiteren Schritt 108 werden beide reguläre Messfenster (für den positiven und negativen Phasenstrom) gemäß folgender Bedingung geprüft:
(Bedingung C_3_1)(Condition C_3_1)
Sind beide Messfenster tp,min,1 und tn,min,1 ausreichend, also die Bedingung (C_3_1) erfüllt, werden in einem weiteren Schritt 110 ein Abtastzeitpunkt ti,p für den positiven Phasenstrom
Ist mindestens eines der beiden Messfenster nicht ausreichend, wird also die Bedingung (C_3_1) nicht erfüllt, wird weiterhin in einem Schritt 112 geprüft, ob das Messfenster für den positiven Phasenstrom ausreichend lang für die Festlegung in dem ersten Schaltzustand ist und das Messfenster für den negativen Phasenstrom ausreichend lang für die Zuordnung während der Überbrückungszeit t_u ist. Es wird folgende Bedingung abgefragt:
(Bedingung C_3_2)(Condition C_3_2)
Falls zutreffend, wird in dem Schritt 114 der Abtastzeitpunkt für den positiven Phasenstrom nach 1.1 bestimmt und für den negativen Phasenstrom während der Überbrückungszeit wie folgt:
Falls die Bedingung C_3_2 nicht zutrifft, wird weiter in einem Schritt 116 geprüft, ob das Messfenster für den negativen Phasenstrom ausreichend lang für die Zuordnung in dem zweiten Schaltzustand ist und das Messfenster für den positiven Phasenstrom ausreichend lang für die Zuordnung während der Überbrückungszeit t_u ist. Es wird folgende Bedingung abgefragt:
(Bedingung C_3_3)(Condition C_3_3)
Falls zutreffend, wird in dem Schritt 118 der Abtastzeitpunkt für den negativen Phasenstrom nach 1.2 bestimmt und für den positiven Phasenstrom während der Überbrückungszeit wie folgt:
Zu den definierten Abtastzeitpunkten ti,p, ti,p wird der Phasenstrom über das Strommesselement zweimal innerhalb einer PWM-Periode abgetastet. Die Messung während des positiven Abtastzeitpunktes ti,p wird als positiver Phasenstrom Ip in dem Schritt 120 wie folgt zugewiesen
Dadurch ist bereits eine Zuordnung des Vorzeichens des Phasenstroms gegeben, ohne dass dafür eine zusätzliche Ermittlung nötig wäre.As a result, the sign of the phase current is already assigned without an additional determination being necessary for this.
Der positive Phasenstrom wird anschließend in dem Schritt 124 der korrekten Motorphase U, V, W zugeordnet und zwar abhängig von dem Highside-Schaltelement dieser Motorphase. Dabei gilt:
Der negative Phasenstrom wird anschließend in dem Schritt 126 der korrekten Motorphase U, V, W zugeordnet und zwar abhängig von dem Highside-Schaltelement dieser Motorphase. Dabei gilt:
Abschließend wird in einem Schritt 128 der dritte Phasenstrom, der in der aktuellen PWM-Periode nicht als Phasenstrom messbare ist gemäß dem Kirchhoff-Gesetz als negative Summe der anderen beiden Phasenströme wie folgt berechnet:
Nach Abschluss 130 der PWM-Periode läuft das Verfahren erneut durch.After
Wird in dem Schritt 116 die Bedingung auch nicht erfüllt, erfolgt in Schritt 132 die Feststellung, dass mindestens einer der Phasenströme weder in dem ersten oder zweiten Schaltzustand noch in der Überbrückungszeit in der aktuellen PWM-Periode messbar ist, da dessen Schaltdauer zu kurz ist. Ist der andere Phasenstrom dennoch messbar, kann zumindest dieser eine Phasenstrom gemessen werden, sodass anschließend die zwei verbleibenden Phasenströme extrapoliert werden können.If the condition is also not met in
Sind beide Messfenster zu kurz für Messungen der beiden Phasenströme, kann in der laufenden PWM-Periode kein Phasenstrom gemessen werden und alle drei Phasenströme sind unbekannt. Dann kann die Stromregelung durch eine Steuerung ersetzt werden.If both measurement windows are too short for measurements of the two phase currents, no phase current can be measured in the current PWM period and all three phase currents are unknown. Then the current regulation can be replaced by a controller.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 1347567 A1 [0002]EP 1347567 A1 [0002]
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021101884.6A DE102021101884B4 (en) | 2021-01-28 | 2021-01-28 | Phase current measurement method and control circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021101884.6A DE102021101884B4 (en) | 2021-01-28 | 2021-01-28 | Phase current measurement method and control circuit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021101884A1 true DE102021101884A1 (en) | 2022-07-28 |
DE102021101884B4 DE102021101884B4 (en) | 2022-10-06 |
Family
ID=82320598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021101884.6A Active DE102021101884B4 (en) | 2021-01-28 | 2021-01-28 | Phase current measurement method and control circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021101884B4 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020167300A1 (en) | 2001-05-10 | 2002-11-14 | Kyung-Seo Kim | Method for measuring phase current for inverter control apparatus using single current sensor and apparatus therefor |
EP1347567A1 (en) | 2002-03-15 | 2003-09-24 | Motorola, Inc. | Procedure for measuring the current in each phase of a three phase device via single current sensor |
US20100148753A1 (en) | 2008-10-02 | 2010-06-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method to predict phase current |
DE102018126676A1 (en) | 2017-10-26 | 2019-05-02 | Denso Corporation | Current detection device and control device for a rotating electrical machine |
-
2021
- 2021-01-28 DE DE102021101884.6A patent/DE102021101884B4/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020167300A1 (en) | 2001-05-10 | 2002-11-14 | Kyung-Seo Kim | Method for measuring phase current for inverter control apparatus using single current sensor and apparatus therefor |
EP1347567A1 (en) | 2002-03-15 | 2003-09-24 | Motorola, Inc. | Procedure for measuring the current in each phase of a three phase device via single current sensor |
US20100148753A1 (en) | 2008-10-02 | 2010-06-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method to predict phase current |
DE102018126676A1 (en) | 2017-10-26 | 2019-05-02 | Denso Corporation | Current detection device and control device for a rotating electrical machine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102021101884B4 (en) | 2022-10-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE10344572B4 (en) | Gate drive means for reducing a surge voltage and a switching loss | |
DE102014114715B4 (en) | Power supply current monitor | |
DE1537263B2 (en) | DRIVER CIRCUIT WITH MOS FIELD EFFECT TRANSISTORS | |
DE102008012089A1 (en) | Method for driving a full bridge, and arrangement for carrying out the method | |
DE112014006951T5 (en) | Short-circuit protection circuit for self-extinguishing type semiconductor elements | |
DE10351843B4 (en) | Method and electrical circuits for determining a temperature of a power semiconductor | |
EP1783910A1 (en) | Circuit and a method for the galvanically separated control of a semiconductor switch | |
DE102006017850A1 (en) | Stable zero-current switching realizing DC / DC converter of current resonance type | |
DE19920465C1 (en) | Procedure for open-load diagnosis of a switching stage | |
DE10156939B4 (en) | Circuit arrangement for operating an electrical machine | |
EP2265964B1 (en) | Method and device for current measurement in phase lines | |
DE19704089C2 (en) | Method for controlling a chopper driver and circuit arrangement for carrying out the method | |
DE102014219130A1 (en) | Diagnostic circuit and method for operating a diagnostic circuit | |
DE10000020A1 (en) | Integrated gate driver circuit for energizing power semiconductor components with MOS gate control, has time delay circuit | |
DE102021101884B4 (en) | Phase current measurement method and control circuit | |
WO2020120312A1 (en) | Discharging an inverter intermediate circuit capacitor by means of bridge short-circuit pulses | |
DE102019208122A1 (en) | Method for operating an electrical circuit, electrical circuit and motor vehicle | |
DE102010030013A1 (en) | Detecting a short circuit in an inductive load current path | |
DE102013208574A1 (en) | Control of a half bridge | |
EP1396925B1 (en) | Charging circuit for a converter | |
DE19740697C1 (en) | Power output stage control method for vehicle fuel injection or ignition | |
EP1209477A2 (en) | Circuit arrangement for detecting the state of at least one electrical actuating element | |
DE10202478B4 (en) | Charge pump circuit having means for evaluating a connected load | |
DE4339164C2 (en) | Frequency detection method and frequency detection device | |
EP2544350B1 (en) | Circuit de commutation, convertisseur d'énergie électrique et procédé de commutation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |