DE102021201007A1

DE102021201007A1 - Error detection by measuring a duty cycle of a converter pulse pattern

Info

Publication number: DE102021201007A1
Application number: DE102021201007.5A
Authority: DE
Inventors: Oussama Jabloun; Daniel Eiberger; Felix Prauße
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-02-04
Filing date: 2021-02-04
Publication date: 2022-08-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (300) zum Steuern eines Umrichters (104). Das Verfahren (300) umfasst die folgenden Schritte: Umsetzen (320) einer Reihe (208a, 208b) von Tastgradsollwerten in ein Pulsmuster (122, 122a, 122b) für den Umrichter (104), wobei das Pulsmuster (122, 122a, 122b) Schaltflanken (130a, 130b, 132a, 132b) enthält, bei denen Schalter (128a, 128b) des Umrichters (104) zwischen einem leitenden Zustand und einem nicht leitenden Zustand umgeschaltet werden; Bestimmen (330) einer Reihe (210a, 210b) von Tastgradistwerten basierend auf dem Pulsmuster (122, 122a, 122b); Erkennen (340), ob ein Fehler vorliegt, durch Vergleichen der Tastgradistwerte mit den Tastgradsollwerten; wenn kein Fehler vorliegt: Anwenden (360) des Pulsmusters (122, 122a, 122b) auf die Schalter (128a, 128b), um eine Ausgangsspannung (112) zu erzeugen; wenn ein Fehler vorliegt: Verhindern (350), dass das Pulsmuster (122, 122a, 122b) auf die Schalter (128a, 128b) angewendet wird.The invention relates to a method (300) for controlling a converter (104). The method (300) comprises the following steps: converting (320) a series (208a, 208b) of duty cycle setpoints into a pulse pattern (122, 122a, 122b) for the converter (104), the pulse pattern (122, 122a, 122b) contains switching edges (130a, 130b, 132a, 132b) in which switches (128a, 128b) of the converter (104) are switched between a conductive state and a non-conductive state; determining (330) a series (210a, 210b) of actual duty cycle values based on the pulse pattern (122, 122a, 122b); detecting (340) whether there is a fault by comparing the actual duty cycle values to the target duty cycle values; if there is no fault: applying (360) the pulse pattern (122, 122a, 122b) to the switches (128a, 128b) to generate an output voltage (112); if there is a fault: preventing (350) the pulse pattern (122, 122a, 122b) from being applied to the switches (128a, 128b).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuerung zum Steuern eines Umrichters. Weiter betrifft die Erfindung ein Motorsystem.The invention relates to a method and a controller for controlling a converter. The invention further relates to an engine system.

Antriebsanwendungen mit wechselrichterbetriebenen Drehfeldmaschinen erfordern häufig als Teil eines Sicherheitskonzepts eine Überwachung der Spannungen an den Maschinenklemmen.Drive applications with inverter-operated induction machines often require monitoring of the voltages at the machine terminals as part of a safety concept.

Beispielsweise können die Spannungen über eine Leistungselektronik und eine Drehmomentregelung berechnet werden. Um möglichst geringe Ausfallwahrscheinlichkeiten zu erreichen, ist in der Regel eine zusätzliche Überwachung erforderlich, beispielsweise in Form einer zusätzlichen Spannungsmessung, die relativ aufwendig sein kann.For example, the voltages can be calculated using power electronics and torque control. In order to achieve the lowest possible probability of failure, additional monitoring is usually required, for example in the form of an additional voltage measurement, which can be relatively expensive.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Fehler beim Ansteuern eines Umrichters ohne zusätzliche Spannungsmessung zu erkennen.It is the object of the invention to detect errors when driving a converter without additional voltage measurement.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.This object is solved by the subject matter of the independent claims. Further embodiments of the invention emerge from the dependent claims and from the following description.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Umrichters. Der Umrichter kann ausgeführt sein, um eine Eingangsspannung, beispielsweise von einem Gleichstromzwischenkreis, in eine Ausgangsspannung, beispielsweise eine Wechselspannung, umzuwandeln. Beispielsweise kann die Spannung einer Batterie in eine Wechselspannung zum Antrieb eines Elektromotors umgewandelt werden. Weiter ist es möglich, dass eine Wechselspannung eines Generators, als der der Elektromotor fungieren kann, in eine Gleichspannung zum Laden einer Batterie umgewandelt wird. Dazu kann der Umrichter eine oder mehrere Halbbrücken aufweisen, die jeweils mehrere Halbleiterschalter wie etwa IGBTs umfassen. Mit jeder Halbbrücke kann eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt werden und umgekehrt. Das Verfahren kann automatisch von einer Steuerung des Umrichters durchgeführt werden, die die Halbleiterschalter ansteuert und gemäß eines Pulsmusters öffnet und schließt.A first aspect of the invention relates to a method for controlling a converter. The converter can be designed to convert an input voltage, for example from a DC intermediate circuit, into an output voltage, for example an AC voltage. For example, the voltage from a battery can be converted to AC voltage to drive an electric motor. It is also possible for an AC voltage from a generator, which the electric motor can function as, to be converted into a DC voltage for charging a battery. For this purpose, the converter can have one or more half-bridges, each of which includes a number of semiconductor switches such as IGBTs. With each half bridge, a DC voltage can be converted into an AC voltage and vice versa. The method can be carried out automatically by a converter controller, which controls the semiconductor switches and opens and closes them according to a pulse pattern.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren folgende Schritte: Umsetzen einer Reihe von Tastgradsollwerten in ein Pulsmuster für den Umrichter, wobei das Pulsmuster Schaltflanken enthält, bei denen Schalter des Umrichters zwischen einem leitenden Zustand und einem nicht leitenden Zustand umgeschaltet werden; Bestimmen einer Reihe von Tastgradistwerten basierend auf dem Pulsmuster; Erkennen, ob ein Fehler vorliegt, durch Vergleichen der Tastgradistwerte mit den Tastgradsollwerten; wenn kein Fehler vorliegt: Anwenden des Pulsmusters auf die Schalter, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen; wenn ein Fehler vorliegt: Verhindern, dass das Pulsmuster auf die Schalter angewendet wird.According to one embodiment of the invention, the method comprises the following steps: converting a series of duty cycle setpoints into a pulse pattern for the converter, the pulse pattern containing switching edges at which switches of the converter are switched between a conducting state and a non-conducting state; determining a series of actual duty cycle values based on the pulse pattern; detecting whether there is an error by comparing the actual duty cycle values with the target duty cycle values; if there is no error: applying the pulse pattern to the switches to generate an output voltage; if there is an error: prevent the pulse pattern from being applied to the switches.

Ein Pulsmuster, das ein- oder mehrphasig sein kann, umfasst eine Mehrzahl von Schaltflanken, die jeweils einen Zeitpunkt angeben, an dem ein Schalter des Umrichters zwischen einem geöffneten, d. h. nicht leitenden Zustand und einem geschlossenen, d. h. leitenden Zustand umgeschaltet wird. Die Schaltflanken geben somit vor, wann die Ausgangsspannung des Umrichters, beispielsweise eine Phasenspannung, zwischen einem ersten Spannungsniveau und einem zweiten Spannungsniveau umgeschaltet wird. Das Pulsmuster kann mittels eines Modulationsverfahrens erzeugt werden, bei dem die Schaltflanken basierend auf einer Referenzgröße, wie etwa einer Referenzspannung, einem Referenzstrom und/oder einem Referenzmoment, bestimmt werden. Ein mögliches Modulationsverfahren ist beispielsweise Pulsweitenmodulation.A pulse pattern, which can be single-phase or multi-phase, includes a plurality of switching edges, each of which indicates a point in time at which a switch of the converter switches between an open, ie. H. non-conducting state and a closed, i. H. conductive state is switched. The switching edges thus specify when the output voltage of the converter, for example a phase voltage, is switched over between a first voltage level and a second voltage level. The pulse pattern can be generated using a modulation method in which the switching edges are determined based on a reference variable, such as a reference voltage, a reference current and/or a reference moment. A possible modulation method is, for example, pulse width modulation.

Unter einem Tastgrad kann ein Verhältnis zwischen einer Pulsdauer und einer Periodendauer des Pulsmusters verstanden werden. Der Tastgrad kann beispielsweise eine Zahl von 0 bis 1 oder ein entsprechender Prozentwert sein. Die Tastgradsollwerte können beispielsweise von einer Motorsteuerung zum Steuern eines an den Umrichter angeschlossenen Elektromotors bereitgestellt werden.A duty cycle can be understood as meaning a ratio between a pulse duration and a period duration of the pulse pattern. The duty cycle can, for example, be a number from 0 to 1 or a corresponding percentage. The duty cycle setpoints can be provided, for example, by a motor controller for controlling an electric motor connected to the converter.

Die Tastgradistwerte können durch eine Messung bestimmt werden, die als eine Umkehrung desjenigen Prozesses verstanden werden kann, durch den das Pulsmuster zunächst erzeugt wird. Bei der Messung werden in jeder Messperiode Schaltflanken des Pulsmusters detektiert und anhand der detektierten Schaltflanken ein Tastgrad berechnet. Eine jeweilige Dauer der Messperioden kann gleich einer Periodendauer des Pulsmusters oder gleich einem Vielfachen der Periodendauer des Pulsmusters sein. Das Erzeugen und Abtasten des Pulsmusters kann durch getrennte, redundante Hardware- und/oder Softwaremodule erfolgen.The actual duty cycle values can be determined by a measurement that can be understood as a reversal of the process by which the pulse pattern is initially generated. During the measurement, switching edges of the pulse pattern are detected in each measurement period and a duty cycle is calculated based on the detected switching edges. A respective duration of the measurement periods can be equal to a period duration of the pulse pattern or equal to a multiple of the period duration of the pulse pattern. The pulse pattern can be generated and sampled by separate, redundant hardware and/or software modules.

Beispielsweise kann beim Vergleichen der Tastgradistwerte mit den Tastgradsollwerten eine Differenz aus je einem Tastgradistwert und je einem dem Tastgradistwert zeitlich zugeordneten Tastgradsollwert berechnet werden. Beispielsweise wird dann ein Fehler erkannt, wenn die Differenz einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. In diesem Fall kann der Umrichter in einen sicheren Betriebszustand umgeschaltet werden, etwa indem alle Schalter des Umrichters geöffnet werden oder alle Schalter innerhalb einer Halbbrücke des Umrichters geschlossen werden. Andernfalls, d. h., wenn kein Fehler erkannt wurde, wird das erzeugte Pulsmuster angewandt. Dazu kann ein Gate-Treiber aus dem Pulsmuster eine geeignete Schaltspannung für den Umrichter erzeugen. Die Schaltspannung kann im Wesentlichen die gleiche Form wie das Pulsmuster haben. Die Schalter des Umrichters werden dann entsprechend der Schaltspannung geschaltet, sodass die Ausgangsspannung erzeugt wird.For example, when comparing the actual duty cycle values with the desired duty cycle values, a difference can be calculated between an actual duty cycle value and a desired duty cycle time associated with the actual duty cycle value. For example, an error is detected when the difference exceeds a specific threshold value. In this case, the converter can be switched to a safe operating state, for example by opening all of the converter's switches or by closing all of the switches within a half-bridge of the converter. Otherwise, ie if no error was detected, the generated pulse pattern is applied. A gate driver can use the pulse pattern to generate a suitable switching voltage for the converter. The switching voltage can have essentially the same shape as the pulse pattern. The switches of the converter are then switched according to the switching voltage, so that the output voltage is generated.

Kurz zusammengefasst ist es mit dem Verfahren möglich, Ansteuersignale für eine Leistungselektronik zu erfassen und damit indirekt eine Ausgangsspannung, etwa zum Betreiben eines Elektromotors, zu plausibilisieren. Ein derartiges Übersetzen von Pulsmustern zurück in einen Tastgradverlauf ermöglicht eine überwachte Steuerung eines Umrichters, ohne dass eine aufwendige und kostspielige Spannungsmessung erforderlich ist. Das Verfahren ist sehr genau, sodass entsprechend viele Fehler damit detektiert werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Verfahren in Kombination mit unterschiedlichen Modulationsverfahren verwendet werden kann. Zudem kann das Verfahren durch die überwiegende Verwendung von Hardware-Bausteinen laufzeiteffizient umgesetzt werden, einfach auf mehrphasige Systeme erweitert werden und beispielsweise auch bei Stellantrieben eingesetzt werden.In short, it is possible with the method to detect control signals for power electronics and thus indirectly check an output voltage, for example for operating an electric motor, for plausibility. Translating pulse patterns back into a duty cycle curve in this way enables a converter to be controlled in a monitored manner without the need for complex and costly voltage measurement. The method is very accurate, so that a corresponding number of errors can be detected with it. Another advantage is that the method can be used in combination with different modulation methods. In addition, the method can be implemented in a runtime-efficient manner due to the predominant use of hardware modules, can be easily extended to multi-phase systems and can also be used in actuators, for example.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Pulsmuster in zeitlich aufeinanderfolgende Messperioden unterteilt werden. In jeder Messperiode können ansteigende und abfallende Schaltflanken detektiert werden. Für jede Messperiode kann ein Tastgradistwert bestimmt werden, indem das Pulsmuster jeweils zwischen einer ansteigenden Schaltflanke als unterer Integrationsgrenze und einer abfallenden Schaltflanke als oberer Integrationsgrenze integriert wird. Die obere Integrationsgrenze kann insbesondere diejenige abfallende Schaltflanke sein, die der die untere Integrationsgrenze bildenden ansteigenden Schaltflanke unmittelbar nachfolgt. Eine Messperiode kann beispielsweise eine oder mehrere Perioden des Pulsmusters umfassen. Dementsprechend kann eine Messperiode mindestens einen Puls, d. h. mindestens eine ansteigende Schaltflanke und eine abfallende Schaltflanke, umfassen. Dadurch können die Tastgradistwerte mit verhältnismäßig geringem Rechenaufwand bestimmt werden.According to one embodiment, the pulse pattern can be subdivided into measurement periods that follow one another in terms of time. Rising and falling switching edges can be detected in each measurement period. An actual duty cycle value can be determined for each measurement period by integrating the pulse pattern between a rising switching edge as the lower integration limit and a falling switching edge as the upper integration limit. The upper integration limit can in particular be that falling switching edge which immediately follows the rising switching edge forming the lower integration limit. A measurement period can include, for example, one or more periods of the pulse pattern. Accordingly, a measurement period can include at least one pulse, i. H. at least one rising switching edge and one falling switching edge. As a result, the actual duty cycle values can be determined with relatively little computing effort.

Gemäß einer Ausführungsform kann eine Abweichung zwischen den Tastgradistwerten und den Tastgradsollwerten bestimmt werden. Die Abweichung kann mit einem Schwellenwert verglichen werden. Ist die Abweichung größer als der Schwellenwert, so kann erkannt werden, dass ein Fehler vorliegt. Ergänzend oder alternativ kann erkannt werden, dass kein Fehler vorliegt, wenn die Abweichung nicht größer als der Schwellenwert ist. Beispielsweise kann ein Fehler erkannt werden, wenn die Tastgradistwerte von den Tastgradsollwerten durchschnittlich um mehr als 10 Prozent abweichen. Der Fehler kann jedoch je nach Anwendung auch schon bei Erreichen eines niedrigeren Prozentsatzes oder auch erst bei Erreichen eines höheren Prozentsatzes erkannt werden. Ein solcher Schwellenwertvergleich ist besonders einfach durchzuführen.According to one embodiment, a deviation between the actual duty cycle values and the target duty cycle values can be determined. The deviation can be compared to a threshold value. If the deviation is greater than the threshold value, then it can be recognized that an error is present. In addition or as an alternative, it can be recognized that there is no error if the deviation is not greater than the threshold value. For example, an error can be detected if the actual duty cycle values deviate from the duty cycle target values by more than 10 percent on average. However, depending on the application, the error can also be detected when a lower percentage is reached or only when a higher percentage is reached. Such a threshold value comparison is particularly easy to carry out.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Umrichter eine Halbbrücke mit einem oberen Schalter und einem unteren Schalter aufweisen. Dabei kann eine erste Reihe von Tastgradsollwerten in ein erstes Pulsmuster für den oberen Schalter umgesetzt werden und eine zweite Reihe von Tastgradsollwerten in ein zweites Pulsmuster für den unteren Schalter umgesetzt werden. Basierend auf dem ersten Pulsmuster kann eine erste Reihe von Tastgradistwerten bestimmt werden. Basierend auf dem zweiten Pulsmuster kann eine zweite Reihe von Tastgradistwerten bestimmt werden. Basierend auf der ersten Reihe von Tastgradistwerten und der zweiten Reihe von Tastgradistwerten kann dann eine Phasenspannung bestimmt werden, beispielsweise durch Vergleichen der ersten Reihe mit der zweiten Reihe. Ergänzend oder alternativ ist es möglich, dass die Phasenspannung durch direktes Vergleichen des ersten Pulsmusters mit dem zweiten Pulsmuster bestimmt wird. Anhand der Phasenspannung kann schließlich erkannt werden, ob ein Fehler vorliegt. Die Ausgangsspannung des Umrichters kann mehrere Phasen, beispielsweise mindestens drei Phasen, umfassen, für die jeweils ein eigenes Pulsmuster erzeugt werden kann. Jeder der Schalter kann beispielsweise ein IGBT mit antiparalleler Diode sein. Die beiden Pulsmuster können bestimmen, wann der obere Schalter eingeschaltet wird und wann der untere Schalter ausgeschaltet wird oder umgekehrt. Die beiden Pulsmuster können zueinander invertiert sein, beispielsweise derart, dass jeweils nur einer der beiden Schalter geschlossen ist. Somit kann eine Spannung an einer einzelnen Phase des Umrichters ermittelt und plausibilisiert werden.According to one embodiment, the converter can have a half-bridge with an upper switch and a lower switch. A first series of setpoint duty cycle values can be converted into a first pulse pattern for the upper switch and a second series of setpoint duty cycle values can be converted into a second pulse pattern for the lower switch. A first set of actual duty cycle values may be determined based on the first pulse pattern. A second set of actual duty cycle values may be determined based on the second pulse pattern. A phase voltage can then be determined based on the first series of actual duty cycle values and the second series of actual duty cycle values, for example by comparing the first series with the second series. In addition or as an alternative, it is possible for the phase voltage to be determined by directly comparing the first pulse pattern with the second pulse pattern. Finally, the phase voltage can be used to determine whether there is a fault. The output voltage of the converter can include a plurality of phases, for example at least three phases, for each of which a separate pulse pattern can be generated. Each of the switches may be an anti-parallel diode IGBT, for example. The two pulse patterns can determine when the top switch turns on and when the bottom switch turns off, or vice versa. The two pulse patterns can be inverted relative to one another, for example in such a way that only one of the two switches is closed at a time. In this way, a voltage on a single phase of the converter can be determined and checked for plausibility.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner einen Schritt, in dem durch Vergleichen des ersten Pulsmusters mit dem zweiten Pulsmuster geprüft wird, ob der obere Schalter und der untere Schalter zeitgleich geschlossen sind. Dabei kann erkannt werden, dass ein Fehler vorliegt, wenn der obere Schalter und der untere Schalter zeitgleich geschlossen sind. Beim Vergleichen der beiden Pulsmuster können beispielsweise durch Detektion der jeweiligen Schaltflanken überlappende Einschaltphasen ermittelt werden, in denen sich die beiden Schalter jeweils in einem leitenden Zustand befinden. Damit können Kurzschlüsse erkannt werden.According to one specific embodiment, the method also includes a step in which, by comparing the first pulse pattern with the second pulse pattern, it is checked whether the upper switch and the lower switch are closed at the same time. It can be recognized that there is an error when the upper switch and the lower switch are closed at the same time. When comparing the two pulse patterns, overlapping switch-on phases can be determined, for example by detecting the respective switching edges, in which the two switches are each in a conductive state. This allows short circuits to be detected.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner einen Schritt, in dem anhand des ersten Pulsmusters geprüft wird, ob eine vorgegebene Sperrzeit des oberen Schalters eingehalten wird. Es kann ein Fehler erkannt werden, wenn die Sperrzeit des oberen Schalters nicht eingehalten wird. Ergänzend oder alternativ kann anhand des zweiten Pulsmusters geprüft werden, ob eine vorgegebene Sperrzeit des unteren Schalters eingehalten wird. Es kann ein Fehler erkannt werden, wenn die Sperrzeit des unteren Schalters nicht eingehalten wird. Unter einer Sperrzeit kann ein Abstand zwischen einem Zeitpunkt, zu dem der obere bzw. untere Schalter in einen nicht leitenden Zustand geschaltet wird, und einem nachfolgenden Zeitpunkt, zu dem der obere bzw. untere Schalter wieder in einen leitenden Zustand geschaltet wird, verstanden werden. Damit können die Sperrzeiten des oberen bzw. unteren Schalters ohne zusätzliche Spannungsmessung überwacht werden.According to one specific embodiment, the method also includes a step in which the first pulse pattern is used to check whether a specified blocking time of the upper switch is being observed. An error can be detected if the top switch lockout time is not met. In addition or as an alternative, the second pulse pattern can be used to check whether a specified blocking time of the lower switch is being observed. An error can be detected if the bottom switch lockout time is not respected. A blocking time can be understood to mean a distance between a point in time at which the upper or lower switch is switched into a non-conducting state and a subsequent point in time at which the upper or lower switch is switched back into a conducting state. This means that the blocking times of the upper and lower switch can be monitored without additional voltage measurement.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner einen Schritt, in dem die Tastgradistwerte zum Regeln eines Elektromotors, der mit der Ausgangsspannung betrieben wird, verwendet werden. Beispielsweise können die Tastgradistwerte für die Berechnung eines Drehmoments oder einer Drehzahl des Elektromotors verwendet werden. Damit kann eine Regelung des Elektromotors verbessert werden.According to one embodiment, the method further comprises a step in which the actual duty cycle values are used to control an electric motor that is operated with the output voltage. For example, the actual duty cycle values can be used to calculate a torque or a speed of the electric motor. Control of the electric motor can thus be improved.

Gemäß einer Ausführungsform kann jeder der Schalter in den nicht leitenden Zustand geschaltet werden, wenn ein Fehler vorliegt.According to one embodiment, each of the switches can be switched to the non-conductive state when there is a fault.

Gemäß einer Ausführungsform können die Schalter angesteuert werden, um einen Zwischenkreis des Umrichters kurzzuschließen, wenn ein Fehler vorliegt. Beispielsweise können dazu die beiden in Reihe geschalteten Schalter einer Halbbrücke des Umrichters geschlossen werden.According to one embodiment, the switches can be controlled in order to short-circuit an intermediate circuit of the converter when there is a fault. For example, the two series-connected switches of a half-bridge of the converter can be closed for this purpose.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Pulsmuster mittels Pulsweitenmodulation erzeugt werden, beispielsweise mittels Raumzeigermodulation.According to one embodiment, the pulse pattern can be generated by means of pulse width modulation, for example by means of space vector modulation.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuerung für einen Umrichter, die konfiguriert ist, um das weiter oben und im Folgenden beschriebene Verfahren auszuführen. Die Steuerung kann einen Regler zum Erzeugen des Pulsmusters und einen Abtaster-Baustein zum Abtasten des Pulsmusters umfassen. Alle Bausteine der Steuerung können auch Softwaremodule einer in der Steuerung ausgeführten Software sein.A second aspect of the invention relates to a controller for a converter that is configured to carry out the method described above and below. The controller can include a controller for generating the pulse pattern and a sampler module for sampling the pulse pattern. All components of the controller can also be software modules of software running in the controller.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Motorsystem, das einen Umrichter, die weiter oben und im Folgenden beschriebene Steuerung sowie einen Elektromotor, der mit einer von dem Umrichter erzeugten Ausgangsspannung betrieben wird, aufweist. Das Motorsystem kann beispielsweise ein Antrieb oder zumindest Teil eines Antriebs eines Fahrzeugs, etwa eines Pkws, Lkws, Busses, eines Motorrads oder eines sonstigen Fahrzeugs, sein.A third aspect of the invention relates to a motor system that has a converter, the controller described above and below, and an electric motor that is operated with an output voltage generated by the converter. The engine system can be, for example, a drive or at least part of a drive of a vehicle, such as a car, truck, bus, motorcycle or other vehicle.

Merkmale des weiter oben und im Folgenden beschriebenen Verfahrens können auch Merkmale des Motorsystems sein und umgekehrt.Features of the method described above and below can also be features of the engine system and vice versa.

Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Computerprogramm, das, wenn es auf einem Prozessor ausgeführt wird, das weiter oben und im Folgenden beschriebene Verfahren ausführt, sowie ein computerlesbares Medium, auf dem ein derartiges Computerprogramm gespeichert ist. Das computerlesbare Medium kann ein flüchtiger oder nicht flüchtiger Datenspeicher sein. Beispielsweise kann es sich bei dem computerlesbaren Medium um eine Festplatte, ein USB-Speichergerät, einen RAM, ROM, EPROM oder Flash-Speicher handeln. Das computerlesbare Medium kann auch ein einen Download eines Programmcodes ermöglichendes Datenkommunikationsnetzwerk wie etwa das Internet oder eine Datenwolke (Cloud) sein.Further aspects of the invention relate to a computer program which, when executed on a processor, executes the methods described above and below, and a computer-readable medium on which such a computer program is stored. The computer-readable medium can be volatile or non-volatile data storage. For example, the computer-readable medium can be a hard drive, USB storage device, RAM, ROM, EPROM, or flash memory. The computer-readable medium can also be a data communication network such as the Internet or a data cloud (cloud) enabling a download of a program code.

Merkmale des weiter oben und im Folgenden beschriebenen Verfahrens können auch Merkmale des Computerprogramms und/oder des computerlesbaren Mediums sein.Features of the method described above and below can also be features of the computer program and/or the computer-readable medium.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.

1 zeigt schematisch ein Motorsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt schematisch eine Steuerung eines Motorsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Umrichters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung illustriert.
4 zeigt ein Diagramm mit einem Pulsmuster und einem durch Abtasten des Pulsmusters bestimmten Tastgrad.

Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the enclosed figures.

1 12 schematically shows an engine system according to an embodiment of the invention.
2 12 schematically shows a control of an engine system according to an embodiment of the invention.
3 FIG. 12 shows a flow chart illustrating a method for controlling an inverter according to an embodiment of the invention.
4 shows a diagram with a pulse pattern and a duty cycle determined by sampling the pulse pattern.

Die in den Figuren verwendeten Bezugszeichen und ihre Bedeutung sind in zusammenfassender Form in der Liste der Bezugszeichen aufgeführt. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The reference symbols used in the figures and their meaning are summarized in the list of reference symbols. In principle, identical or similar parts are provided with the same reference symbols.

1 zeigt ein Motorsystem 100, das einen Elektromotor 102, einen Umrichter 104 und eine Steuerung 106 zum Steuern des Umrichters 104 umfasst. Die Steuerung 106 erzeugt Schaltspannungen 108, mit denen der Umrichter 104 gesteuert wird. Basierend auf den Schaltspannungen 108 erzeugt der Umrichter 104 eine dreiphasige Ausgangsspannung 112, die dem Elektromotor 102 zugeführt wird und diesen antreibt. Das Motorsystem 100 kann Teil eines Antriebs eines Fahrzeugs wie etwa eines Pkws, Lkws, Busses oder Motorrads sein. 1 FIG. 1 shows a motor system 100 that includes an electric motor 102, a converter 104, and a controller 106 for controlling the converter 104. FIG. The controller 106 generates switching voltages 108 with which the converter 104 is controlled. Based on the switching voltages 108, the converter 104 generates a three-phase output voltage 112 which is fed to the electric motor 102 and drives it. Engine system 100 may be part of a powertrain of a vehicle such as a car, truck, bus, or motorcycle.

Die nachfolgend beschriebenen Bausteine können sowohl Hardwaremodule als auch Softwaremodule sein. Die Steuerung 106 kann einen Prozessor aufweisen, der die Softwaremodule ausführt.The blocks described below can be both hardware modules and software modules. The controller 106 may include a processor that executes the software modules.

Die Steuerung 106 weist einen Steuerbaustein 114, beispielsweise in Form eines Mikrocontrollers, und einen dem Steuerbaustein 114 nachgeschalteten Treiberbaustein 116 auf. Der Steuerbaustein 114 erzeugt basierend auf einem von einer Motorsteuerung vorgegebenen Tastgradverlauf durch Pulsweitenmodulation mehrere Ansteuersignale 118 zum Ansteuern einer Leistungselektronik des Umrichters 104, hier beispielhaft sechs Ansteuersignale 118 zum Ansteuern einer B6-Brücke 120 des Umrichters 104. Somit enthält jedes der Ansteuersignale 118 ein bestimmtes Pulsmuster 122, hier in Form eines Rechtecksignals. Der Treiberbaustein 116 setzt die Ansteuersignale 118 in die Schaltspannungen 108 um, wobei jeder der Schaltspannungen 108 eines der Ansteuersignale 118 zugeordnet ist. Die Schaltspannungen 108 können jeweils im Wesentlichen die gleiche Form wie das Pulsmuster 122 des ihnen zugeordneten Ansteuersignals 118 haben.The controller 106 has a control module 114, for example in the form of a microcontroller, and a driver module 116 connected downstream of the control module 114. Based on a duty cycle curve specified by a motor controller, control module 114 uses pulse width modulation to generate a plurality of control signals 118 for controlling power electronics in converter 104, here by way of example six control signals 118 for controlling a B6 bridge 120 in converter 104. Each of control signals 118 therefore contains a specific pulse pattern 122, here in the form of a square-wave signal. The driver module 116 converts the drive signals 118 into the switching voltages 108, one of the drive signals 118 being assigned to each of the switching voltages 108. The switching voltages 108 can each have essentially the same shape as the pulse pattern 122 of the drive signal 118 assigned to them.

Die ausgegebenen Ansteuersignale 118 werden von dem Steuerbaustein 114 wieder eingelesen und zur Plausibilisierung verwendet. Dazu misst der Steuerbaustein 114 anhand der Ansteuersignale 118 einen Tastgradverlauf und prüft anhand des gemessenen Tastgradverlaufs, ob die Erzeugung der Ansteuersignale 118 fehlerhaft ist oder nicht. Im Fehlerfall kann der Steuerbaustein 114 beispielsweise ein Sperrsignal 124 an den Treiberbaustein 116 ausgeben, der den Treiberbaustein 116 dazu veranlasst, den Umrichter 104 so zu schalten, dass der Elektromotor 102 bzw. das Motorsystem 100 in einen betriebssicheren Zustand versetzt wird.The control signals 118 that are output are read in again by the control module 114 and used for the plausibility check. For this purpose, the control module 114 uses the control signals 118 to measure a duty cycle curve and uses the measured duty cycle curve to check whether the generation of the control signals 118 is faulty or not. In the event of a fault, control module 114 can, for example, output a blocking signal 124 to driver module 116, which causes driver module 116 to switch converter 104 such that electric motor 102 or motor system 100 is placed in an operationally safe state.

Die B6-Brücke 120 umfasst drei parallel geschaltete Halbbrücken 126, in denen jeweils ein oberer Schalter 128a, auch High-Side-Schalter genannt, und ein unterer Schalter 128b, auch Low-Side-Schalter genannt, in Reihe geschaltet sind. Jede der drei Halbbrücken 126 ist einer von drei Phasen U, V, W der Ausgangsspannung 112 zugeordnet. Die Schalter 128a, 128b können mittels der Schaltspannungen 108 geöffnet, d. h. in einen nicht leitenden Zustand geschaltet oder geschlossen, d. h. in einen leitenden Zustand geschaltet werden. Beispielsweise werden die Schalter 128a, 128b geöffnet, wenn die jeweils anliegende Schaltspannung 108 ein oberes Niveau hat, und geschlossen, wenn die jeweils anliegende Schaltspannung 108 ein unteres Niveau hat.The B6 bridge 120 includes three half-bridges 126 connected in parallel, in each of which an upper switch 128a, also called high-side switch, and a lower switch 128b, also called low-side switch, are connected in series. Each of the three half-bridges 126 is associated with one of three phases U, V, W of the output voltage 112 . The switches 128a, 128b can be opened by means of the switching voltages 108, i. H. switched to a non-conductive state or closed, d. H. switched to a conductive state. For example, the switches 128a, 128b are opened when the respectively applied switching voltage 108 has an upper level, and closed when the respectively applied switching voltage 108 has a lower level.

Die Halbbrücken 126 können jeweils an einen Zwischenkreis angeschlossen sein und aus einer dort vorhandenen Zwischenkreisgleichspannung U_ZK die jeweilige Phase U, V, W der Ausgangsspannung 112 erzeugen. Die Ausgangsspannung 112 hat somit eine Form, die von den jeweiligen Pulsmustern 122 der Ansteuersignale 118 abhängt.The half bridges 126 can each be connected to an intermediate circuit and can generate the respective phase U, V, W of the output voltage 112 from an intermediate circuit DC voltage U _ZK present there. The output voltage 112 thus has a form that depends on the respective pulse patterns 122 of the drive signals 118 .

Genauer gesagt erzeugt der Steuerbaustein 114 für jede der drei Phasen U, V, Wein erstes Ansteuersignal 118a mit einem ersten Pulsmuster 122a für den oberen Schalter 128a und ein zweites Ansteuersignal 118b mit einem zweiten Pulsmuster 122b für den unteren Schalter 128b. Dabei können im ersten Pulsmuster 122a enthaltene ansteigende Schaltflanken 130a und abfallende Schaltflanken 132a gegenüber im zweiten Pulsmuster 122a enthaltenen ansteigenden Schaltflanken 132a und abfallenden Schaltflanken 132b zeitlich so versetzt sein, dass möglichst immer nur einer der beiden Schalter 128a, 128b der Halbbrücke 126 geschlossen ist.More precisely, for each of the three phases U, V, W, the control module 114 generates a first drive signal 118a with a first pulse pattern 122a for the upper switch 128a and a second drive signal 118b with a second pulse pattern 122b for the lower switch 128b. The rising switching edges 130a and falling switching edges 132a contained in the first pulse pattern 122a can be offset in time relative to the rising switching edges 132a and falling switching edges 132b contained in the second pulse pattern 122a such that if possible only one of the two switches 128a, 128b of the half-bridge 126 is closed.

Die Pulsmuster 122a, 122b einer der drei Halbbrücken 126 können zumindest zeitweise oder abschnittweise von den Pulsmustern 122a, 122b mindestens einer anderen der drei Halbbrücken 126 abweichen.The pulse patterns 122a, 122b of one of the three half-bridges 126 can deviate from the pulse patterns 122a, 122b of at least one other of the three half-bridges 126 at least temporarily or in sections.

Beispielsweise kann der Treiberbaustein 116, wie in 1 gezeigt, basierend auf dem Sperrsignal 124 alle Schalter 128a, 128b der B6-Brücke 120 öffnen. Alternativ ist es möglich, dass die beiden Schalter 128a, 128b mindestens einer der drei Halbbrücken 126 geschlossen werden. Damit wird ein Kurzschluss im Zwischenkreis bewirkt.For example, the driver module 116, as in 1 shown, based on the disable signal 124 all switches 128a, 128b of the B6 bridge 120 open. Alternatively, it is possible for the two switches 128a, 128b of at least one of the three half-bridges 126 to be closed. This causes a short circuit in the intermediate circuit.

2 zeigt eine detaillierte Ansicht der Steuerung 106 aus 1. Der Steuerbaustein 114 umfasst ein Motorsteuerungsmodul 200, ein erstes Timer-Modul 202, ein zweites Timer-Modul 204 und ein Vergleichsmodul 206. Die genannten Module können sowohl in Hardware als auch in Software implementiert sein. Das Motorsteuerungsmodul 200 berechnet, beispielsweise im Rahmen einer Drehmomentregelung des Elektromotors 102, für jeden der oberen Schalter 128a eine erste Reihe 208a von Tastgradsollwerten und für jeden der unteren Schalter 128b eine zweite Reihe 208b von Tastgradsollwerten und führt diese dem ersten Timer-Modul 202 zu. Das erste Timer-Modul 202 setzt die erste Reihe 208a in das erste Ansteuersignal 118a mit dem ersten Pulsmuster 122a und die zweite Reihe 208b in das zweite Ansteuersignal 118b mit dem zweiten Pulsmuster 122b um. Die Ansteuersignale 118a, 118b werden sowohl dem Treiberbaustein 116 als auch dem zweiten Timer-Modul 204 zugeführt. 2 FIG. 12 shows a detailed view of the controller 106. FIG 1 . The control module 114 includes a motor control module 200, a first timer module 202, a second timer module 204 and a comparison module 206. The modules mentioned can be implemented both in hardware and in software. The motor control module 200 calculates, for example as part of a torque control of the electric motor 102, for each of the upper switches 128a a first series 208a of duty cycle setpoints and for each of the lower switches 128b a second series 208b of duty cycle setpoints and feeds them to the first timer module 202. The first timer module 202 converts the first row 208a into the first drive signal 118a with the first pulse pattern 122a and the second row 208b into the second drive signal 118b with the second pulse pattern 122b. The control signals 118a, 118b are both the driver module 116 and the second timer module 204 is supplied.

Das zweite Timer-Modul 204 ermittelt in einem geeigneten Messverfahren, das im Folgenden näher beschrieben wird, aus jedem der zurückgelesenen ersten Ansteuersignale 118a eine erste Reihe 210a von Tastgradistwerten und aus jedem der zurückgelesenen zweiten Ansteuersignale 118b eine zweite Reihe 210b von Tastgradistwerten und führt die Reihen 21 0a, 210b von Tastgradistwerten dem Vergleichsmodul 206 zu. Zusätzlich erhält das Vergleichsmodul 206 die Reihen 208a, 208b von Tastgradsollwerten von dem Motorsteuerungsmodul 200.The second timer module 204 uses a suitable measurement method, which is described in more detail below, to determine a first series 210a of actual duty cycle values from each of the read-back first drive signals 118a and a second series 210b of actual duty cycle values from each of the second drive signals 118b read back, and manages the series 210a, 210b of actual duty cycle values to the comparison module 206. Additionally, the comparison module 206 receives the sets 208a, 208b of duty cycle setpoints from the engine control module 200.

Das Vergleichsmodul 206 prüft nun die empfangenen Tastgradistwerte anhand der empfangenen Tastgradsollwerte auf Fehler. Dazu kann das Vergleichsmodul 206 beispielsweise Abweichungen zwischen zeitlich korrespondierenden Tastgradistwerten und Tastgradsollwerten berechnen und durch Vergleichen der Abweichungen mit einem Schwellenwert feststellen, ob beim Erzeugen der Ansteuersignale 118a, 118b bzw. der Pulsmuster 122a, 122b ein Fehler aufgetreten ist oder nicht. Ist kein Fehler aufgetreten, so werden die Ansteuersignale 118a, 118b von dem Treiberbaustein 116 in die entsprechenden Schaltspannungen 108 umgesetzt, d. h. die Pulsmuster 122a, 122b auf die zugehörigen Schalter 128a, 128b des Umrichters 104 angewendet, um die Ausgangsspannung 112 zu erzeugen.The comparison module 206 now checks the received actual duty cycle values for errors using the received duty cycle setpoint values. For this purpose, the comparison module 206 can, for example, calculate deviations between temporally corresponding actual duty cycle values and duty cycle setpoint values and, by comparing the deviations with a threshold value, can determine whether or not an error has occurred when generating the control signals 118a, 118b or the pulse patterns 122a, 122b. If no error has occurred, the control signals 118a, 118b are converted by the driver module 116 into the corresponding switching voltages 108, i. H. the pulse patterns 122a, 122b are applied to the associated switches 128a, 128b of the inverter 104 to generate the output voltage 112.

Wird hingegen ein Fehler festgestellt, so erzeugt das Vergleichsmodul 206 das Sperrsignal 124, durch das ein Abschaltpfad aktiviert wird. Damit wird verhindert, dass die Pulsmuster 122a, 122b auf die zugehörigen Schalter 128a, 128b angewendet werden. Ergänzend oder alternativ können durch das Vergleichsmodul 206 entsprechende Fehlereinträge gesetzt werden.If, on the other hand, an error is detected, comparison module 206 generates blocking signal 124, which activates a switch-off path. This prevents the pulse patterns 122a, 122b from being applied to the associated switches 128a, 128b. In addition or as an alternative, corresponding error entries can be set by the comparison module 206 .

Ergänzend oder alternativ kann das Vergleichsmodul 206 für jede der drei Phasen U, V, W basierend auf den zugehörigen Reihen 21 0a, 210b von Tastgradistwerten, d. h. durch Vergleich der High-Side- mit den Low-Side-Ansteuerungen, eine Phasenspannung ermitteln und diese zur Plausibilisierung verwenden.Additionally or alternatively, the comparison module 206 for each of the three phases U, V, W based on the associated series 21 0a, 210b of actual duty cycle values, i. H. by comparing the high-side and low-side controls, determine a phase voltage and use this for plausibility checks.

Es ist möglich, dass das Vergleichsmodul 206 zusätzlich zu den Tastgradistwerten die Ansteuersignale 118a, 118b einliest. Das Vergleichsmodul 206 kann die Ansteuersignale 118a, 118b dann zur Erkennung von Kurzschlüssen in den Phasen U, V, W auswerten, indem für jede der drei Phasen U, V, W geprüft wird, ob die beiden Pulsmuster 122a, 122b überlappende Einschaltphasen aufweisen. Dazu werden Schaltflanken 130a, 132a einer oder mehrerer Perioden des ersten Pulsmusters 122a mit Schaltflanken 130b, 132b einer oder mehrerer korrespondierender Perioden des zweiten Pulsmusters 122b verglichen. Bei Erkennung eines Kurzschlusses erzeugt das Vergleichsmodul 206 ebenfalls das Sperrsignal 124.It is possible for the comparison module 206 to read in the control signals 118a, 118b in addition to the actual duty cycle values. The comparison module 206 can then evaluate the drive signals 118a, 118b to detect short circuits in the phases U, V, W by checking for each of the three phases U, V, W whether the two pulse patterns 122a, 122b have overlapping switch-on phases. For this purpose, switching edges 130a, 132a of one or more periods of the first pulse pattern 122a are compared with switching edges 130b, 132b of one or more corresponding periods of the second pulse pattern 122b. When a short circuit is detected, comparison module 206 also generates blocking signal 124.

Ergänzend oder alternativ kann das Vergleichsmodul 206 die Ansteuersignale 118a, 118b zur Überwachung einer jeweiligen Sperrzeit der Schalter 128a, 128b auswerten. Wird erkannt, dass die Sperrzeit mindestens eines der Schalter 128a, 128b nicht eingehalten wird, so wird ebenfalls der Sperrsignal 124 erzeugt.Additionally or alternatively, the comparison module 206 can evaluate the drive signals 118a, 118b to monitor a respective blocking time of the switches 128a, 128b. If it is recognized that the blocking time of at least one of the switches 128a, 128b is not observed, the blocking signal 124 is also generated.

Die genannten Auswertungen zur Kurzschlusserkennung bzw.The evaluations mentioned for short-circuit detection and

Sperrzeitüberwachung können ergänzend oder alternativ auf Basis der Tastgradistwerte durchgeführt werden.Blocking time monitoring can be carried out additionally or alternatively on the basis of the actual duty cycle values.

Um die Tastgradistwerte und die Tastgradsollwerte zeitlich korrekt miteinander zu verknüpfen, kann das Vergleichsmodul 206 von dem ersten Timer-Modul 202 ein erstes Taktsignal 212, das anzeigt, mit welcher Frequenz die Ansteuersignale 118a, 118b erzeugt werden, und von dem zweiten Timer-Modul 204 ein zweites Taktsignal 214, das anzeigt, mit welcher Frequenz die Ansteuersignale 118a, 118b abgetastet werden, einlesen.In order to link the actual duty cycle values and the duty cycle setpoint values with one another at the correct time, the comparison module 206 can receive a first clock signal 212 from the first timer module 202, which indicates the frequency at which the control signals 118a, 118b are generated, and from the second timer module 204 read in a second clock signal 214, which indicates the frequency at which the drive signals 118a, 118b are sampled.

3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 300 zum Steuern des Umrichters 104 zeigt. Wie bereits erwähnt, kann die Ausgangsspannung 112 des Umrichters 104 mehrere Phasen U, V, W umfassen. Das Verfahren 300 wird im Folgenden für eine der drei Phasen beschrieben, kann aber auch für jede der drei Phasen unabhängig von den anderen Phasen durchgeführt werden. 3 FIG. 10 shows a flow chart depicting a method 300 for controlling the inverter 104. FIG. As already mentioned, the output voltage 112 of the converter 104 can include multiple phases U, V, W. The method 300 is described below for one of the three phases, but can also be carried out for each of the three phases independently of the other phases.

In einem Schritt 310 bestimmt das Motorsteuerungsmodul 200 die Reihen 208a, 208b von Tastgradsollwerten, beispielsweise mittels eines Softwaremoduls.In a step 310, the engine control module 200 determines the series 208a, 208b of duty cycle setpoints, for example by means of a software module.

In einem Schritt 320 werden die Tastgradsollwerte in die entsprechenden Pulsmuster 122a, 122b umgesetzt. Die Modulation der Pulsmuster 122a, 122b, beispielsweise eine Pulsweitenmodulation, kann ebenfalls mittels eines Softwaremoduls erfolgen. Die Ausgabe der Pulsmuster 122a, 122b in Form analoger Signale, d. h. in Form der Ansteuersignale 118a, 118b, erfolgt durch das erste Timer-Modul 202, das ein Hardwaremodul des Steuerbausteins 114 sein kann.In a step 320, the setpoint duty cycle values are converted into the corresponding pulse patterns 122a, 122b. The modulation of the pulse pattern 122a, 122b, for example a pulse width modulation, can also take place using a software module. The output of the pulse patterns 122a, 122b in the form of analog signals, i. H. in the form of the control signals 118a, 118b, is carried out by the first timer module 202, which can be a hardware module of the control module 114.

In einem Schritt 330 werden die Ansteuersignale 118a, 118b zurückgelesen, d. h. von dem zweiten, redundanten Timer-Modul 204, das wie das erste Timer-Modul 202 ein Hardwaremodul sein kann, eingelesen und in die Reihen 210a, 210b von Tastgradistwerten zurückübersetzt.In a step 330, the control signals 118a, 118b are read back, ie by the second, redundant timer module 204, which, like the first timer module 202, is a hardware module can be read in and translated back into the rows 210a, 210b of actual duty cycle values.

4 zeigt beispielhaft das erste Pulsmuster 122a und wie aus diesem Pulsmuster im Schritt 330 Tastgradistwerte ermittelt werden. Die nachfolgende Beschreibung trifft in analoger Weise auch für das zweite Pulsmuster 122b zu. 4 shows an example of the first pulse pattern 122a and how actual duty cycle values are determined from this pulse pattern in step 330. The following description also applies in an analogous manner to the second pulse pattern 122b.

Das Pulsmuster 122a enthält ansteigende Schaltflanken 130a, die kodieren, dass der obere Schalter 128a von einem nicht leitenden, ausgeschalteten Zustand 0 in einen leitenden, eingeschalteten Zustand 1 umgeschaltet werden soll, sowie abfallende Schaltflanken 132a, die kodieren, dass der obere Schalter 128a vom Zustand 1 in den Zustand 0 umgeschaltet werden soll. Die Schaltflanken 130a, 132a können von dem zweiten Timer-Modul 204 durch Filterung detektiert werden.The pulse pattern 122a includes rising switching edges 130a, which encode that the upper switch 128a is to be switched from a non-conductive, switched-off state 0 to a conductive, switched-on state 1, and falling switching edges 132a, which encode that the upper switch 128a from state 1 is to be switched to state 0. The switching edges 130a, 132a can be detected by the second timer module 204 by filtering.

Das Pulsmuster 122a wird in zeitlich aufeinanderfolgende Messperioden T unterteilt, die jeweils eine Periode, wie hier gezeigt, oder auch mehrere Perioden des Pulsmusters 122a umfassen können.The pulse pattern 122a is subdivided into measurement periods T that follow one another in time, each of which can comprise one period, as shown here, or also a plurality of periods of the pulse pattern 122a.

Für jede Messperiode T wird ein integriertes Pulsmuster 400a bestimmt, indem das Pulsmuster 122a über einer Einschaltdauer T_on, während der sich der Schalter 128a im eingeschalteten Zustand 1 befindet, integriert wird. Die Einschaltdauer T_on wird durch eine ansteigende Schaltflanke 130a und eine nachfolgende abfallende Schaltflanke 132a begrenzt. Die Einschaltdauer T_on kann als die Dauer eines einzelnen Pulses oder, wenn die Messperiode T mehr als eine Periode des Pulsmusters 122a umfasst, als die Gesamtdauer mehrerer Pulse aufgefasst werden. Der Tastgradistwert ist ein am Ende der Messperiode T resultierender Integrationswert, beispielsweise ein Prozentwert oder ein Zahlenwert zwischen 0 und 1. Der Integrationswert wird zu Beginn einer jeden Messperiode T auf einen Ausgangswert zurückgesetzt, etwa auf null. Die Tastgradistwerte der einzelnen Messperioden T können unabhängig voneinander berechnet werden.For each measurement period T, an integrated pulse pattern 400a is determined by integrating the pulse pattern 122a over an on-time T _on , during which the switch 128a is in the on-state 1. The duty cycle T _on is limited by a rising switching edge 130a and a subsequent falling switching edge 132a. The on-time T _on can be understood as the duration of a single pulse or, if the measuring period T comprises more than one period of the pulse pattern 122a, as the total duration of several pulses. The duty cycle actual value is an integration value resulting at the end of the measurement period T, for example a percentage value or a numerical value between 0 and 1. The integration value is reset to an initial value at the beginning of each measurement period T, for example to zero. The actual duty cycle values of the individual measurement periods T can be calculated independently of one another.

In einem Schritt 340 werden die Tastgradsollwerte mit den Tastgradistwerten im Vergleichsmodul 206 zusammengeführt und dort zu Plausibilisierungszwecken miteinander verglichen. Dadurch können Fehler erkannt werden. Das Vergleichsmodul 206 kann beispielsweise ein Softwaremodul sein.In a step 340, the duty cycle setpoint values are combined with the actual duty cycle values in comparison module 206 and compared there with one another for plausibility purposes. This allows errors to be detected. The comparison module 206 can be a software module, for example.

Wird im Schritt 340 ein Fehler erkannt, so gibt das Vergleichsmodul 206 in einem Schritt 350 das Sperrsignal 124 aus und verhindert damit, dass die Pulsmuster 122a, 122b zur Erzeugung der Ausgangsspannung 112 verwendet werden. Wird hingegen im Schritt 340 kein Fehler erkannt, so wird kein Sperrsignal 124 erzeugt. Somit kann der Treiberbaustein 114 in einem Schritt 360 die Ansteuersignale 118a, 118b, und damit die Pulsmuster 122a, 122b, in die entsprechenden Schaltspannungen 108 für die Schalter 128a, 128b umsetzen. Durch die Schaltspannungen 108 wird bewirkt, dass der Umrichter 104 den Elektromotor 102 mit der Ausgangsspannung 112 versorgt.If an error is detected in step 340, the comparison module 206 outputs the blocking signal 124 in a step 350 and thus prevents the pulse patterns 122a, 122b from being used to generate the output voltage 112. If, on the other hand, no error is detected in step 340, then no blocking signal 124 is generated. Thus, in a step 360, the driver module 114 can convert the control signals 118a, 118b, and thus the pulse patterns 122a, 122b, into the corresponding switching voltages 108 for the switches 128a, 128b. The switching voltages 108 cause the converter 104 to supply the electric motor 102 with the output voltage 112 .

Optional kann das Vergleichsmuster 206 unabhängig davon, ob im Schritt 350 ein Fehler erkannt wurde oder nicht, die Tastgradistwerte an weitere Komponenten der Steuerung 106 weiterreichen, beispielsweise an das Motorsteuerungsmodul 200, um den Elektromotor 102 genauer regeln zu können.Optionally, comparison pattern 206 can forward the actual duty cycle values to other components of controller 106, for example to motor control module 200, regardless of whether an error was detected in step 350 or not, in order to be able to control electric motor 102 more precisely.

Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner wird darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer der obigen Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.Additionally, it is noted that "comprising" does not exclude other elements or steps and "a" or "an" does not exclude a plurality. Furthermore, it is pointed out that features or steps that have been described with reference to one of the above exemplary embodiments can also be used in combination with other features or steps of other of the above exemplary embodiments. Any reference signs in the claims should not be construed as limiting.

BezugszeichenlisteReference List

100100: Motorsystemengine system
102102: Elektromotorelectric motor
104104: Umrichterconverter
106106: Steuerungsteering
108108: Schaltspannungswitching voltage
112112: Ausgangsspannungoutput voltage
114114: Steuerbausteincontrol block
116116: Treiberbausteindriver block
118118: Ansteuersignalcontrol signal
118a118a: erstes Ansteuersignalfirst control signal
118b118b: zweites Ansteuersignalsecond control signal
120120: B6-BrückeB6 bridge
122122: Pulsmusterpulse pattern
122a122a: erstes Pulsmusterfirst pulse pattern
122b122b: zweites Pulsmustersecond pulse pattern
124124: Sperrsignallock signal
126126: Halbbrückehalf bridge
128a128a: oberer Schaltertop switch
128b128b: unterer Schalterlower switch
130a130a: ansteigende Schaltflanke im ersten Pulsmusterrising switching edge in the first pulse pattern
130b130b: ansteigende Schaltflanke im zweiten Pulsmusterrising switching edge in the second pulse pattern
132a132a: abfallende Schaltflanke im ersten Pulsmusterfalling switching edge in the first pulse pattern
132b132b: abfallende Schaltflanke im zweiten Pulsmusterfalling switching edge in the second pulse pattern
200200: Motorsteuerungsmodulengine control module
202202: erstes Timer-Modulfirst timer module
204204: zweites Timer-Modulsecond timer module
206206: Vergleichsmodulcomparison module
208a208a: erste Reihe von Tastgradsollwertenfirst set of duty cycle setpoints
208b208b: zweite Reihe von Tastgradsollwertensecond set of duty cycle setpoints
210a210a: erste Reihe von Tastgradistwertenfirst series of actual duty cycle values
210b210b: zweite Reihe von Tastgradistwertensecond row of actual duty cycle values
212212: erstes Taktsignalfirst clock signal
214214: zweites Taktsignalsecond clock signal
300300: Verfahren zum Steuern eines UmrichtersMethod of controlling an inverter
310310: Bestimmen von TastgradsollwertenDetermining duty cycle setpoints
320320: Umsetzen von Tastgradsollwerten in ein PulsmusterConversion of duty cycle setpoints into a pulse pattern
330330: Bestimmen von TastgradistwertenDetermining actual duty cycle values
340340: Erkennen von Fehlerndetecting errors
350350: Verhindern, dass ein Pulsmuster angewendet wirdPrevent a pulse pattern from being applied
360360: Anwenden eines PulsmustersApplying a pulse pattern
400a400a: integriertes Pulsmusterintegrated pulse pattern
Uu: erste Phase einer Ausgangsspannungfirst phase of an output voltage
UZKUCC: ZwischenkreisgleichspannungDC link voltage
VV: zweite Phase einer Ausgangsspannungsecond phase of an output voltage
WW: dritte Phase einer Ausgangsspannungthird phase of an output voltage

Claims

Method (300) for controlling a converter (104), the method (300) comprising: Converting (320) a series (208a, 208b) of duty cycle setpoints into a pulse pattern (122, 122a, 122b) for the converter (104), the pulse pattern (122, 122a, 122b) having switching edges (130a, 130b, 132a, 132b) includes in which switches (128a, 128b) of the converter (104) are switched between a conductive state and a non-conductive state; determining (330) a series (210a, 210b) of actual duty cycle values based on the pulse pattern (122, 122a, 122b); detecting (340) whether there is a fault by comparing the actual duty cycle values to the target duty cycle values; if there is no error: applying (360) the pulse pattern (122, 122a, 122b) to the switches (128a, 128b) to generate an output voltage (112); if there is a fault: preventing (350) the pulse pattern (122, 122a, 122b) from being applied to the switches (128a, 128b).

Method (300) according to claim 1 , wherein the pulse pattern (122, 122a, 122b) is divided into successive measurement periods (T) and in each measurement period (T) rising switching edges (130a, 130b) and falling switching edges (132a, 132b) are detected; an actual duty cycle value being determined for each measurement period (T) by integrating the pulse pattern (122, 122a, 122b) between a rising switching edge (130a, 130b) as the lower integration limit and a falling switching edge (132a, 132b) as the upper integration limit.

Method (300) according to any preceding claim, wherein a deviation between the actual duty cycle values and the target duty cycle values is determined; wherein the deviation is compared to a threshold; if the deviation is greater than the threshold: detecting that there is an error; and or if the deviation is not greater than the threshold: detect that there is no error.

Method (300) according to any preceding claim, wherein the converter (104) comprises a half-bridge (126) with an upper switch (128a) and a lower switch (128b); wherein a first series (208a) of duty cycle setpoints is converted into a first pulse pattern (122a) for the top switch (128a) and a second series (208b) of duty cycle setpoints is converted into a second pulse pattern (122b) for the bottom switch (128b). ; wherein a first series (210a) of actual duty cycle values is determined based on the first pulse pattern (122a) and a second series (210b) of actual duty cycle values is determined based on the second pulse pattern (122b); wherein a phase voltage is determined based on the first series (210a) of actual duty cycle values and the second series (210b) of actual duty cycle values; the phase voltage being used to determine whether there is a fault.

Method (300) according to claim 4 , further comprising: checking whether the upper switch (128a) and the lower switches (128b) are closed at the same time, by comparing the first pulse pattern (122a) with the second pulse pattern (122b); if the upper switch (128a) and the lower switch (128b) are closed at the same time: recognizing that an error is present.

Method (300) according to claim 4 or 5 , further comprising: checking on the basis of the first pulse pattern (122a) whether a predetermined blocking time of the upper switch (128a) is observed; if the lockout time of the top switch (128a) is not met: detecting that there is a fault; and/or checking on the basis of the second pulse pattern (122b) whether a predetermined blocking time of the lower switch (128b) is being observed; if the blocking time of the lower switch (128b) is not observed: recognize that there is a fault.

The method (300) of any preceding claim, further comprising: Using the actual duty cycle values to control an electric motor (102) operated with the output voltage (112).

A method (300) according to any one of the preceding claims, wherein each of the switches (128a, 128b) is switched to the non-conductive state when a fault is present.

Method (300) according to one of the preceding claims, in which the switches (128a, 128b) are controlled in order to short-circuit an intermediate circuit of the converter (104) when there is a fault.

Method (300) according to any preceding claim, wherein the pulse pattern (122, 122a, 122b) is generated by means of pulse width modulation.

Controller (106) for a converter (104), which is configured to carry out the method (300) according to any one of the preceding claims.

A motor system (100) comprising: an inverter (104); a controller (106). claim 10 or 11 ; and an electric motor (102) which is operated with an output voltage (112) generated by the converter (104).

Computer program product comprising instructions that cause the controller (106) to claim 11 the method (300) according to any one of Claims 1 until 10 executes

Computer-readable medium on which the computer program Claim 13 is saved.