DE102021201858A1 - Method and control unit for switching an electric drive between an operating mode with an active short circuit and a freewheeling operating mode - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umschalten, insbesondere automatischen Umschalten, eines eine mehrphasige elektrische Maschine (18) und einen der elektrischen Maschine (18) vorgeschalteten Stromrichter (12) umfassenden Elektroantriebs (10) in einem Spannungsbereich einer vorgegebenen Betriebsspannung zwischen einem Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss und einem Freilauf-Betriebsmodus in Abhängigkeit von zumindest einem am Elektroantrieb (10) erfassten Signal.
Es ist vorgesehen, dass das Umschalten von dem Freilauf-Betriebsmodus in den Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss in Abhängigkeit eines für eine Rückspeisung elektrischer Energie aus der elektrischen Maschine (18) charakteristischen Spannungsverlaufs der Kollektorspannung Uc mindestens eines Transistors (36) des Stromrichters (12) erfolgt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Steuereinheit (40).
The invention relates to a method for switching, in particular automatic switching, of an electric drive (10) comprising a multi-phase electrical machine (18) and a power converter (12) connected upstream of the electrical machine (18) in a voltage range of a predetermined operating voltage between an operating mode with an active short circuit and a freewheel operating mode depending on at least one signal detected on the electric drive (10).
It is provided that the switchover from the freewheeling operating mode to the operating mode with an active short-circuit takes place as a function of a voltage characteristic of the collector voltage Uc of at least one transistor (36) of the converter (12) for electrical energy being fed back from the electrical machine (18). .
The invention also relates to a corresponding control unit (40).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umschaltung eines eine mehrphasige elektrische Maschine und einen der elektrischen Maschine vorgeschalteten Stromrichter umfassenden Elektroantriebs in einem Spannungsbereich einer vorgegebenen Betriebsspannung zwischen einem Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss und einem Freilauf-Betriebsmodus in Abhängigkeit von zumindest einem am Elektroantrieb erfassten Signal.The invention relates to a method for switching over an electric drive comprising a multi-phase electric machine and a converter connected upstream of the electric machine in a voltage range of a predetermined operating voltage between an operating mode with an active short circuit and a freewheeling operating mode as a function of at least one signal detected on the electric drive.
Als aktiver Kurzschluss (AKS) wird eine Maßnahme in der Antriebstechnik bezeichnet, mit der einerseits Schäden an der elektrischen Maschine bzw. der entsprechenden Antriebselektronik beim Auftreten von zu hohen elektrischen Spannungen vermieden werden sollen und andererseits das Auftreten eines hohen Bremsmomentes verhindert werden soll, welches sich einstellen würde, sobald die gleichgerichtete Spannung der elektrischen Maschine die anliegende DC Spannung übersteigt. Der gezielt herbeigeführte AKS wird als ein sicherer Modus für den Elektroantrieb betrachtet. Dazu werden bei dem Elektroantrieb die Anschlussleitungen für die meist mehrphasigen elektrischen Maschinen durch Transistoren des Stromrichters kurzgeschlossen.An active short-circuit (ACS) is a measure in drive technology that is intended to prevent damage to the electrical machine or the corresponding drive electronics when excessive electrical voltages occur on the one hand and to prevent a high braking torque from occurring on the other hand would set as soon as the rectified voltage of the electrical machine exceeds the applied DC voltage. Targeted AKS is considered a safe mode for electric propulsion. For this purpose, in the case of the electric drive, the connection lines for the mostly multi-phase electric machines are short-circuited by transistors of the power converter.
Das Dokument
Eine mögliche Größe, in deren Abhängigkeit das Umschalten sinnvoll erfolgen kann, ist sicherlich die Drehzahl n der elektrischen Maschine.A possible variable, depending on which switching can be useful, is certainly the speed n of the electrical machine.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, Maßnahme anzugeben, die eine einfach durchführbare und dabei sinnvolle Umschaltung des Elektroantriebs zwischen dem Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss und dem Freilauf-Betriebsmodus ermöglichen.It is the object of the invention to provide measures that enable the electric drive to be switched over between the operating mode with an active short circuit and the freewheeling operating mode in a manner that is simple to implement and makes sense at the same time.
Die Lösung der vorliegenden Erfindung erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe erfolgt ferner durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie eine Steuereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung und den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen und/oder in der Beschreibung und/oder den Figuren beschriebene beziehungsweise gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.The present invention is achieved by a method having the features of
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Umschalten, insbesondere automatischen Umschalten, eines eine mehrphasige elektrische Maschine und einen der elektrischen Maschine vorgeschalteten Stromrichter umfassenden Elektroantriebs in einem Spannungsbereich einer vorgegebenen Betriebsspannung zwischen einem Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss und einem Freilauf-Betriebsmodus in Abhängigkeit von zumindest einem am Elektroantrieb erfassten Signal. Es ist vorgesehen, dass das Umschalten von dem Freilauf-Betriebsmodus in den Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss in Abhängigkeit eines für eine Rückspeisung elektrischer Energie aus der elektrischen Maschine charakteristischen Spannungsverlaufs der Kollektorspannung mindestens eines Transistors des Stromrichters erfolgt. Die Transistoren des Stromrichters sind in der Regel Bipolar-Transistoren und insbesondere Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (englisch insulated-gate bipolar transistor, kurz IGBT).The subject matter of the present invention is a method for switching, in particular automatic switching, of an electric drive comprising a multi-phase electrical machine and a power converter connected upstream of the electrical machine in a voltage range of a predetermined operating voltage between an operating mode with an active short circuit and a freewheeling operating mode depending on at least one signal detected on the electric drive. It is provided that switching from the freewheeling operating mode to the operating mode with an active short circuit takes place as a function of a voltage profile of the collector voltage of at least one transistor of the power converter that is characteristic of a feedback of electrical energy from the electrical machine. The transistors of the power converter are usually bipolar transistors and in particular bipolar transistors with an insulated gate electrode (English insulated-gate bipolar transistor, IGBT for short).
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme erfolgt das Umschalten vom Freilauf-Betriebsmodus (im eingangs genannten Dokument
Die mehrphasige elektrische Maschine ist insbesondere eine dreiphasige elektrische Maschine. Dann ist der Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss ein sogenannter 3PS-Betriebsmodus (3PS: Drei-Phasen-Kurzschließen) und der Freilauf-Betriebsmodus (Betriebsmodus mit Gesamtphasen-Unterbrechung) ein sogenannter 6SO-Betriebsmodus (6SO: Sechs Schalter Offen). Das Umschalten vom Freilauf-Betriebsmodus in den Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss ist dabei ein Umschalten 6SO -> 3PS.The multi-phase electrical machine is in particular a three-phase electrical machine. Then the operating mode with active short-circuit is a so-called 3PS operating mode (3PS: three-phase short-circuiting) and the free-wheeling Operating mode (all-phase-break operating mode) a so-called 6SO operating mode (6SO: Six Switches Open). Switching from the freewheeling operating mode to the operating mode with an active short circuit is a 6SO -> 3PS switch.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ein für das Umschalten passender Betriebspunkt mittels einer Auswerteschaltung zur Auswertung des Spannungsverlaufs der Kollektorspannung Uc des Transistors ermittelt wird, die der eigentlichen Kollektorspannung Uc zumindest in einer stromlosen Phase einer jeweiligen Halbbrücke des Stromrichters, in der dieser Transistor verschaltet ist, einen energieschwachen Messstrom überlagert. Eine derartige Kollektorspannungs- Auswerteschaltung ist in vielen Treibern nach Stand der Technik bereits vorgesehen.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that an operating point suitable for switching over is determined by means of an evaluation circuit for evaluating the voltage profile of the collector voltage Uc of the transistor, which corresponds to the actual collector voltage Uc at least in a currentless phase of a respective half-bridge of the converter, in which this transistor is connected, a low-energy measuring current is superimposed. Such a collector voltage evaluation circuit is already provided in many prior art drivers.
Der überlagerte Messstrom macht es möglich bereit vor dem Einsetzen der Rückspeisung von der EM in den DC Kreis von dem Freilauf-Betriebsmodus in den Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss zuverlässig umzuschalten. Ohne diesen Messstrom könnte erst das Einsetzen der Rückspeisung zuverlässig erkannt werden. Das Einsetzen der Rückspeisung ist an das Auftreten eines ungewollten Bremsmomentes gekoppelt.The superimposed measurement current makes it possible to switch reliably from the freewheeling operating mode to the operating mode with an active short circuit before the onset of feedback from the EM to the DC circuit. Without this measuring current, it would only be possible to reliably detect the onset of feedback. The onset of feedback is linked to the occurrence of an unwanted braking torque.
Prinzipiell ist das Umschalten von dem Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss in den Freilauf-Betriebsmodus auf diverse Arten sinnvoll möglich, doch gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Umschalten von dem Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss in den Freilauf-Betriebsmodus in Abhängigkeit eines festen Drehzahlwerts/einer festen Drehzahlschwelle n1 der elektrischen Maschine. Hierbei wird die geforderte Funktionalität auf besonders einfache Art realisiert. Die Drehzahl der elektrischen Maschine kann man aus unterschiedlichen Signalen des Elektroantriebs bestimmen.In principle, switching from the operating mode with an active short circuit to the freewheeling operating mode is possible in various ways, but according to a preferred embodiment of the invention, the switching from the operating mode with an active short circuit to the freewheeling operating mode takes place as a function of a fixed speed value/a fixed one Speed threshold n1 of the electrical machine. Here, the required functionality is implemented in a particularly simple manner. The speed of the electric machine can be determined from different signals from the electric drive.
Bei dreiphasigen Systemen ist das Umschalten zwischen dem Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss und dem Freilauf-Betriebsmodus entsprechend ein Umschalten 3PS -> 6SO.For three-phase systems, switching between the active short-circuit mode of operation and the free-wheeling mode of operation is a 3PS -> 6SO switch, respectively.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass das Umschalten von dem Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss in den Freilauf-Betriebsmodus ebenfalls in Abhängigkeit der Kollektorspannung des mindestens einen Transistors erfolgt. Aus der Kollektorspannung kann man insbesondere ein Erreichen des festen Drehzahlwerts/der festen Drehzahlschwelle n1 bestimmen.It is advantageously provided that the switchover from the operating mode with an active short circuit to the freewheeling operating mode also takes place as a function of the collector voltage of the at least one transistor. The collector voltage can be used to determine whether the fixed speed value/fixed speed threshold n1 has been reached.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich beim Umschalten des Elektroantriebs im Spannungsbereich der vorgegebenen Betriebsspannung zwischen dem Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss und dem Freilauf-Betriebsmodus bezüglich der Drehzahl eine Hysterese. Diese Hysterese verhindert ein ungewolltes Hin- und Herschalten zwischen den beiden Betriebsmodi und ist zumindest in dem Spannungsbereich der vorgegebenen Betriebsspannung deutlich erkennbar gegeben.According to a further preferred embodiment of the invention, when the electric drive is switched over in the voltage range of the predetermined operating voltage between the operating mode with an active short circuit and the freewheeling operating mode, a hysteresis occurs with regard to the rotational speed. This hysteresis prevents unwanted switching back and forth between the two operating modes and is clearly visible at least in the voltage range of the specified operating voltage.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Umschalten mittels einer Steuereinheit automatisch, die die Kollektorspannung des mindestens einen Transistors des Stromrichters überwacht.According to yet another preferred embodiment of the invention, switching over takes place automatically by means of a control unit that monitors the collector voltage of the at least one transistor of the power converter.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Steuereinheit zum automatischen Umschalten eines eine mehrphasige elektrische Maschine und einen der elektrischen Maschine vorgeschalteten Stromrichter umfassenden Elektroantriebs in einem Spannungsbereich einer vorgegebenen Betriebsspannung zwischen einem Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss und einem Freilauf-Betriebsmodus in Abhängigkeit von zumindest einem am Elektroantrieb erfassten Signal. Es ist vorgesehen, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, den Elektroantrieb von dem Freilauf-Betriebsmodus in den Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss in Abhängigkeit eines für eine Rückspeisung elektrischer Energie aus der elektrischen Maschine charakteristischen Spannungsverlaufs in der Kollektorspannung mindestens eines Transistors des Stromrichters umzuschalten. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass diese Steuereinheit zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens eingerichtet ist.The subject matter of the present invention is also a control unit for automatically switching over an electric drive comprising a multi-phase electric machine and a power converter connected upstream of the electric machine in a voltage range of a predetermined operating voltage between an operating mode with an active short circuit and a freewheeling operating mode depending on at least one detected on the electric drive Signal. It is provided that the control unit is set up to switch the electric drive from the freewheeling operating mode to the operating mode with an active short-circuit as a function of a voltage curve in the collector voltage of at least one transistor of the power converter that is characteristic of a feedback of electrical energy from the electrical machine. It is preferably provided that this control unit is set up to carry out the above-mentioned method.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuereinheit ist vorgesehen, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, einen für das Umschalten passenden Betriebspunkt mittels einer Auswerteschaltung zur Auswertung des Spannungsverlaufs der Kollektorspannung Uc des Transistors zu ermitteln, die ihrerseits eingerichtet ist, der eigentlichen Kollektorspannung Uc zumindest in einer stromlosen Phase einer jeweiligen Halbbrücke des Stromrichters, in der der Transistor verschaltet ist, einen energieschwachen Messstrom zu überlagern, wobei diese Auswerteschaltung insbesondere von einem entsprechenden Treiber für diesen Transistor gebildet wird.According to a preferred embodiment of the control unit according to the invention, it is provided that the control unit is set up to determine an operating point that is suitable for switching using an evaluation circuit for evaluating the voltage profile of the collector voltage Uc of the transistor, which in turn is set up to determine the actual collector voltage Uc at least in a currentless Phase of a respective half-bridge of the converter, in which the transistor is connected, to superimpose a low-energy measuring current, this evaluation circuit being formed in particular by a corresponding driver for this transistor.
Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, den Elektroantrieb von dem Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss in den Freilauf-Betriebsmodus in Abhängigkeit eines festen Drehzahlwerts/einer festen Drehzahlschwelle n1 der elektrischen Maschine umzuschalten.Furthermore, it is advantageously provided that the control unit is set up to switch the electric drive from the operating mode with an active short circuit to the freewheeling operating mode as a function of a fixed Switch speed value / a fixed speed threshold n1 of the electric machine.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuereinheit ist vorgesehen, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, den Elektroantrieb von dem Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss in den Freilauf-Betriebsmodus ebenfalls in Abhängigkeit der Kollektorspannung des mindestens eine Transistors umzuschalten.Another preferred embodiment of the control unit according to the invention provides that the control unit is set up to switch the electric drive from the operating mode with an active short circuit to the freewheeling operating mode, also depending on the collector voltage of the at least one transistor.
Weiterhin ist insbesondere vorgesehen, dass sich beim Umschalten des Elektroantriebs im Spannungsbereich der vorgegebenen Betriebsspannung zwischen dem Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss und dem Freilauf-Betriebsmodus bezüglich der Drehzahl eine Hysterese ergibt.Furthermore, it is provided in particular that when the electric drive is switched over in the voltage range of the predetermined operating voltage between the operating mode with an active short circuit and the freewheeling operating mode, a hysteresis results with regard to the rotational speed.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuereinheit ist vorgesehen, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, die Kollektorspannung des mindestens einen Transistors des Stromrichters zu überwachen. Diese Überwachung erfolgt insbesondere über einen entsprechenden Treiber.According to yet another preferred embodiment of the control unit according to the invention, it is provided that the control unit is set up to monitor the collector voltage of the at least one transistor of the power converter. This monitoring takes place in particular via a corresponding driver.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Zeichnungen gezeigt und nachfolgend näher beschrieben. Dabei zeigen:
-
1 einen Elektroantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Stromrichter, einer elektrischen Maschine und einer Steuereinheit zum automatischen Umschalten zwischen Betriebsmodi des Elektroantriebs, -
2 die Ansteuerung eines Transistors des Stromrichters durch eine Steuereinrichtung in schematischer Darstellung, -
3 ein Spannungs-Drehzahl-Kennfeld des Elektroantriebs mit seinen diversen Bereichen, -
4 ein Blockdiagramm einer ersten erfindungsgemäßen Realisierung des Umschaltens, -
5 ein Diagramm, welches ausgewählte Parameter bei dieser ersten Realisierung des Umschaltens zeigt, -
6 eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Realisierung des Umschaltens und -
7 ein Diagramm, welches ausgewählte Parameter bei dieser zweiten Realisierung des Umschaltens zeigt.
-
1 an electric drive for a motor vehicle with a power converter, an electric machine and a control unit for automatically switching between operating modes of the electric drive, -
2 the activation of a transistor of the power converter by a control device in a schematic representation, -
3 a voltage-speed map of the electric drive with its various areas, -
4 a block diagram of a first implementation of switching according to the invention, -
5 a diagram showing selected parameters in this first implementation of switching, -
6 a schematic representation of a second inventive realization of switching and -
7 Figure 12 is a diagram showing selected parameters in this second implementation of switching.
Die
Der DC-Teil des Stromrichters 12 hat eine Spannungsseite 20 (high side) und eine Nullpotentialseite 22 (low side) zwischen denen ein Kondensator 24 und drei Halbbrücken 26, 28, 30 (für jede der Phasen eine) mit je zwei Schalteinrichtungen 32, 34 pro Halbbrücke 26, 28, 30 angeordnet ist. In der Schaltungsanordnung befinden sich in der Regel (hier nicht eingezeichnete) Strom- und Spannungsmesseinheiten zum Messen diverser Ströme und Spannungen der Schaltungsanordnung. Jede der Schalteinrichtungen 32, 34 des hier gezeigten Beispiels besteht aus einem Transistor 36 und einer parallel zum Transistor 36 geschalteten Diode 38. Die Transistoren 36 sind im Beispiel als IGBTs (IGBT: insulated-gate bipolar transistor - Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) ausgebildet.The DC part of the
Die
Die Steuereinheit 40 ist unter anderem zum automatischen Umschalten des Elektroantriebs 10 zwischen einem Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss (AKS) und einem Freilauf-Betriebsmodus in Abhängigkeit von zumindest einem am Elektroantrieb 10 erfassten Signal vorgesehen. Das Umschalten kann dabei in zwei Teilbereiche aufgeteilt werde: (a) ein Umschalten vom Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss zum Freilauf-Betriebsmodus und (b) ein Umschalten vom Freilauf-Betriebsmodus zum Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss. Bei dem hier gezeigten dreiphasigen AC-Teil 16 bzw. der hier gezeigten dreiphasigen elektrischen Maschine wird der Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss auch als 3PS- (3PS: Drei-Phasen-Kurzschließen) und der Freilauf-Betriebsmodus auch als 6SO-Betriebsmodus (6SO: Sechs Schalter Offen) bezeichnet.The
Die
Das Umschalten von dem Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss in den Freilauf-Betriebsmodus (3PS -> 6SO) erfolgt beim festen Drehzahlwert n1, also bei der ersten Grenze 50. Die Drehzahl n und das Erreichen des festen Drehzahlwerts n1 werden durch Überwachung der Kollektorspannung Uc mindestens eines Transistors 36 des Stromrichters 12 (insbesondere auf der low-side) bestimmt. Das Umschalten vom Freilauf-Betriebsmodus in den Betriebsmodus mit aktivem Kurzschluss (6SO ->3PS) erfolgt im Leerlaufbereich der zweiten Grenze 52 in Abhängigkeit eines für eine Rückspeisung elektrischer Energie aus der elektrischen Maschine 18 (über den AC-Teil 16 in den DC-Teil 14) charakteristischen Spannungsverlaufs in der Kollektorspannung mindestens eines Transistors 36 des Stromrichters 12. Auf diese Weise ergibt sich eine (Umschalt-)Hysterese mit dem resultierenden Hysterese-Bereich 48.Switching from the operating mode with an active short circuit to the freewheeling operating mode (3PS -> 6SO) takes place at the fixed speed value n1, i.e. at the
Im Folgenden sollen nun zwei Umsetzungsmöglichkeiten einer derartigen drehzahlabhängigen Umschaltung anhand von entsprechenden Blockschaltbildern beschrieben werden. Dabei werden die beiden Betriebsmodi kurz als 3PS und 6So bezeichnet, ohne dass dies beschränkend zu verstehen ist.Two possible implementations of such a speed-dependent switchover are now to be described below using corresponding block diagrams. The two operating modes are referred to as 3PS and 6So for short, without this being to be understood as limiting.
Der Block 54 (Frequ Mon) setzt den Ausgang zurück, wenn die ermittelte Drehzahl n unter n1 fällt. Sobald der Ausgang rückgesetzt wird (/6SO) wird der Frequ Mon unabhängig vom Uc Eingang auf einen hohen Frequenzwert gesetzt und auf diesen Wert gehalten solange /6SO gesetzt bleibt. Somit wird sichergestellt, dass, obwohl im Zustand /6SO keine Frequenz gemessen werden kann, unmittelbar nach dem Rücksprung in den Zustand 3PS nicht sofort wieder /6SO angefordert wird, und es somit zum Prellen der Schaltung kommt.The block 54 (Frequ Mon) resets the output if the determined speed n falls below n1. As soon as the output is reset (/6SO), the Frequ Mon is set to a high frequency value independently of the Uc input and maintained at this value as long as /6SO remains set. This ensures that, although no frequency can be measured in the /6SO state, /6SO is not immediately requested again immediately after the return to the 3PS state, which would result in the circuit chattering.
Der Block 56 (Rekup Mon) setzt den Ausgang der Schaltung, sobald Stromfluss über den überwachten Transistor 36 bzw. über dessen paralleler Diode 38 erkannt wird, bzw. sobald die Spannung über den betrachteten Transistor 36 soweit einbricht, dass ein Stromfluss bei weiterem Anstieg der Drehzahl bald zu erwarten ist.The block 56 (Rekup Mon) sets the output of the circuit as soon as current flow through the monitored
Der Block 58 (Lock 6SO) gemeinsam mit den beiden nachgeschalteten Logikgattern (Inverter 60 und Und-Glied 62) soll vermeiden, dass im Zustand 3PS ein nachgeschaltetes Flip-Flop 64 gesetzt wird. Das wäre weiter nicht schlimm, doch bewirkt die Ausschaltverzögerung des Blocks 58 (Lock 6SO), dass unmittelbar nach dem Umschalten in den Zustand 6SO, Rekup Mon das Flip Flop 64 wieder setzt. Dadurch wird ein Prellen verhindert und vor allem wird verhindert, dass der abklingende AKS Strom (lu, Iv, Iw - baut sich im Zustand 3PS auf) die Rekuperationserkennung auslöst.The block 58 (Lock 6SO) together with the two downstream logic gates (
Die Signalverläufe der Schaltung aus
- - Im obersten Plot sind jeweils die
drei Phasenströme 66 dargestellt. - - Im zweiten Plot sind die
Spannungen 68 den drei Lowside-Transistoren 36 dargestellt. - - Im dritten Plot sind der Ausgang der
Drehzahlauswertung im 3PS 70 mit der zugehörigen, einstallbaren Vergleichsschwelle 72 dargestellt. Außerdem sind die Anforderung 3PS->6SO 74 und der Ausgang der Schaltung 76 dargestellt. - - Im untersten Plot sind das vom Treiber kommende
Signal 78 der Spannung Uc, die im Zustand 6SO aktive Schwelle für dieRekuperationserkennung 80, die Anforderung 6SO ->3PS 82 sowiedas invertierte Ausgangssignal 84 des Blocks 58 (Lock 6SO) dargestellt.
- - The three
phase currents 66 are shown in the top plot. - - The
voltages 68 for the three low-side transistors 36 are shown in the second plot. - - The third plot shows the output of the speed evaluation in the
3PS 70 with the associatedadjustable comparison threshold 72. Also shown is the 3PS->6SO request 74 and the output of thecircuit 76. - - In the bottom plot are the
signal 78 of the voltage Uc coming from the driver, the active threshold for the recuperation in the state6SO tion detection 80, the requirement 6SO ->3PS 82 and theinverted output signal 84 of the block 58 (Lock 6SO).
Die
Zur Auswertung des Uc Signales wird für beide Zustände (3PS und 6SO) derselbe Komparator 86 verwendet. Allerdings verfügt dieser über eine variable Schwelle, welche im Zustand 3PS knapp über 0V liegt und im Zustand 6SO knapp unter der Spannung liegt, welche an Uc anliegt, wenn kein Rekuperationsstrom fließt. The
Nachgeschaltet wird per Block 88 flankengesteuert ein Impuls generiert. Dieser startet sobald Uc < Uth ist.A pulse is subsequently generated by
Der Impuls resettet den nachfolgenden Zähler 90. In einer noch einfacheren Ausführungsform kann auf den flankengesteuerten Impulsgeber 88 verzichtet werden und der invertiere Ausgang des Uc Komparator 86 direkt auf das OR Gatter 92 geschaltet werden. Der Zähler 90 wird dann im Zustand 3PS während der gesamten negativen Stromteilwelle resettet. Da aber während dem Einschwingvorgang des AKS Stromes positive und negative Stromteilwellen unterschiedlich ausfallen, kommt es zu einem Fehler bei der Drehzahlmessung. Die gemessene Drehzahl kann von mindestens dem halben Wert der tatsächlichen Frequenz bis sehr hoch sein.The pulse resets the
Der Reset kann über einen flankengesteuerten Impuls (Block 94) unterdrückt werden. Dieser Impuls wird beim Wechseln des Ausgangssignales von 3PS auf /6SO gestartet und liegt mindestens so lange an, bis die Phasenströme abgeklungen sind.The reset can be suppressed via an edge-controlled pulse (block 94). This pulse is started when the output signal changes from 3PS to /6SO and is present at least until the phase currents have decayed.
Der Zähler 90 zählt im Zustand 3PS die Periodendauer. Durch die wiederkehrenden Reset Impulse 94 wird der Zähler 90 resettet bevor er den Wert T > 1/n1 (Block 96) erreicht. Wird die Drehzahl so langsam, dass die Periodendauer den Wert 1/n1 überschreitet wird sofort in den Zustand /6SO geschaltet. Zwei als Invertierer ausgebildete Logik-Gatter 98 sorgen für die benötigten Vorzeichen bei den Logik-Verknüpfungen.The counter 90 counts the period duration in the state 3PS. The
Im Zustand /6SO bleibt das Reset Signal aus und der Zähler 90 geht in den Anschlag. Sobald Rekuperation einsetzt, kommt von der Uc < Uth Überwachung per Komparator 86 ein Impuls der den Zähler 90 resettet. Es wird in den Zustand 3PS geschaltet.In the /6SO state, the reset signal remains off and the
Die Signalverläufe der Schaltung aus
- - Im obersten Plot sind jeweils die
drei Phasenströme 66 dargestellt. - - Im zweiten Plot sind die
Spannungen 68 den drei Lowside-Transistoren 36 dargestellt. - - Im dritten Plot sind das vom Treiber kommende
Signal 70 der Kollektorspannung Uc, die Schwelle für dieUc Auswertung 72, sowie die beiden Eingänge desOR Gates 92 aus6 (Signale 100) dargestellt. - - Im untersten Plot ist der Ausgang des Periodendauerzählers 90 (Signal 102) mit der zugehörigen Vergleichsschwelle (Signal 104) dargestellt. Außerdem ist das Ausgangssignal der Schaltung (3PS /6SO in
6 - Signal 106) dargestellt.
- - The three
phase currents 66 are shown in the top plot. - - The
voltages 68 for the three low-side transistors 36 are shown in the second plot. - - In the third plot, the
signal 70 coming from the driver for the collector voltage Uc, the threshold for theUc evaluation 72, and the two inputs of theOR gate 92 are off6 (Signals 100) shown. - - The bottom plot shows the output of the period counter 90 (signal 102) with the associated comparison threshold (signal 104). In addition, the output signal of the circuit (3PS /6SO in
6 - Signal 106) shown.
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Elektroantriebelectric drive
- 1212
- Stromrichterpower converter
- 1414
- DC-TeilDC part
- 1616
- AC-TeilAC part
- 1818
- elektrische Maschineelectric machine
- 2020
- Spannungsseitevoltage side
- 2222
- Nullpotentialseitezero potential side
- 2424
- Kondensatorcapacitor
- 26, 28, 3026, 28, 30
- Halbbrückenhalf bridges
- 3232
- Schalteinrichtung (Spannungsseite)switching device (voltage side)
- 3434
- Schalteinrichtung (Nullpotentialseite)Switching device (zero potential side)
- 3636
- Transistortransistor
- 3838
- Diodediode
- 4040
- Steuereinrichtungcontrol device
- 4242
- Treiberdriver
- 4444
- Freilauf-Bereichfreewheel area
- 4646
- AKS-BereichAKS area
- 4848
- Hysterese-Bereichhysteresis range
- 5050
- erste Grenzefirst border
- 5252
- zweite Grenzesecond border
- 54 - 6454 - 64
- Blöckeblocks
- 66 - 8466 - 84
- Signalesignals
- 86 - 9886 - 98
- Blöckeblocks
- 100 - 106100 - 106
- Signalesignals
- UHVUHV
- Spannungtension
- UcUc
- Kollektorspannungcollector voltage
- tt
- Zeittime
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 2020/0067443 A1 [0003, 0008]US 2020/0067443 A1 [0003, 0008]
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