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HINTERGRUND
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TECHNISCHES GEBIET
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Ausführungsformen der Erfindung betreffen allgemein elektrische Stromrichter. Weitere Ausführungsformen betreffen Kommunikationsprotokolle für elektrische Stromrichter.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Züge weisen gewöhnlich eine Anzahl von Wagen auf, die von einer Lokomotive geschoben oder gezogen werden. Die Lokomotive weist Antriebsräder auf, die mit dem Schienenstrang in Eingriff stehen. In modernen Konstruktionen treiben elektrische Radmotoren die Antriebsräder an. Die elektrischen Radmotoren werden über eine elektrische Verteilungseinrichtung von einem oder mehreren motorgetriebenen Generatoren, die in der Lokomotive aufgenommen sind, mit Energie versorgt. Die Antriebsräder und die Radmotoren können reversibel eingerichtet sein, um auch als Bremsen zur Verlangsamung der Lokomotive zu dienen.
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Ebenso verwenden große geländetaugliche Fahrzeuge („OHVs”, Off-Highway Vehicles) in der Bergbauindustrie gewöhnlich elektrisch motorisierte Räder zum Antreiben oder Abbremsen des Fahrzeugs. Insbesondere enthalten OHVs gewöhnlich einen Dieselmotor hoher PS-Leistung in Verbindung mit einem Wechselstromgenerator, einem Haupttraktionsumrichter und einem Paar Radantriebsanordnungen, die in den Hinterradreifen des Fahrzeugs untergebracht sind. Der Dieselmotor ist dem Wechselstromgenerator direkt zugeordnet, so dass der Dieselmotor den Generator antreibt. Der Wechselstromgenerator versorgt den Haupttraktionsumrichter, in dem Halbleiterleistungsschalter den Ausgangsstrom des Wechselstromgenerators kommutieren, um elektrische Leistung zu elektrischen Antriebsmotoren der beiden Radantriebsanordnungen zu liefern.
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Sowohl in Lokomotivenanwendungen als auch in OHV-Anwendungen werden Festkörper-Stromrichter (z. B. die vorerwähnten Traktionsumrichter) verwendet, um Starkstrom von den Generatoren oder Wechselstromgeneratoren zu den Radmotoren zu liefern. Derartige Stromrichter enthalten induktive Spulen, um die Spannung abwärts zu wandeln, sowie Halbleiterleistungsschalter, um den Strom zu kommutieren. Obwohl die vorstehend beschriebenen Anwendungen typisch sind, wird anerkannt, dass Stromrichter in vielen anderen Umgebungen eingesetzt werden können.
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Allgemein wird ein Betrieb eines Stromrichters bewerkstelligt, indem abwechselnd zwei verschiedene Gate-Spannungspegel (z. B. eine „Aus”-Spannung und eine „An”/Antriebs-Spannung) an einzelne Halbleiterleistungsschalter über entsprechende Gate-Ansteuereinheiten angelegt werden. Es ist ein bekanntes Problem, dass Halbleiterleistungsschalter je nach den elektrischen Parametern des Schaltkreises, in dem die Leistungsschalter angeschlossen sind, unterschiedlich auf Gate-Spannungen ansprechen. Somit variiert der Wirkungsgrad von Stromrichtern über die Betriebsbereiche der elektrischen Parameter hinweg, die das Ansprechverhalten von Halbleiterleistungsschaltern beeinflussen.
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Folglich ist es erwünscht, elektrische Parameter während eines Betriebs eines Stromrichters zu überwachen und eine Anpassung an derartige Parameter vorzunehmen, um den Stromrichterwirkungsgrad zu erhöhen.
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KURZBESCHREIBUNG
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein Kommunikationsverfahren auf, dass an einer Gate-Ansteuereinheit eine Zustandsänderung eines Befehlssignals erfasst wird, das über eine Befehlsverbindung der Gate-Ansteuereinheit empfangen wird. (Die Gate-Ansteuereinheit kann z. B. konfiguriert sein, um einen Halbleiterleistungsschalter in einem Stromrichter anzutreiben.) Das Verfahren weist ferner auf, dass als Reaktion auf die Zustandsänderung des Befehlssignals ein Austastzeitraum eingeleitet wird, in dem die Gate-Ansteuereinheit als ankommende Daten jegliche weitere Zustandsänderungen des Befehlssignals verarbeitet. Das Verfahren weist ferner ein Empfangen ankommender Daten an der Gate-Ansteuereinheit durch Verarbeitung von Modulationen des Befehlssignals innerhalb des Austastzeitraums auf.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine Leistungsschaltervorrichtung einen Halbleiterleistungsschalter, eine Gate-Ansteuereinheit, die mit dem Halbleiterleistungsschalter verbunden ist, und eine Befehlsverbindung, die die Gate-Ansteuereinheit mit einer Steuereinrichtung kommunikationsmäßig verbindet. Die Gate-Ansteuereinheit ist eingerichtet, um ein Befehlssignal von der Steuereinrichtung über die Befehlsverbindung zu empfangen und um eine Zustandsänderung des Befehlssignals zu erkennen. Die Gate-Ansteuereinheit ist ferner eingerichtet, um als Reaktion auf die Zustandsänderung des Befehlssignals einen Austastzeitraum einzuleiten, in dem die Gate-Ansteuereinheit als ankommende Daten wenigstens eine weitere Zustandsänderung des Befehlssignals verarbeitet, und um ankommende Daten über die Befehlsverbindung innerhalb des Austastzeitraums zu empfangen.
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Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein Stromrichter mehrere Halbleiterleistungsschalter und mehrere Gate-Ansteuereinheiten. Jede Gate-Ansteuereinheit ist angeschlossen, um eine Gate-Spannung zu einem von den mehreren Halbleiterleistungsschaltern zu liefern. Jede Gate-Ansteuereinheit enthält eine Befehlsverbindung, die dazu dient, diese Gate-Ansteuereinheit mit einer Steuereinrichtung kommunikationsmäßig zu verbinden. Jede Gate-Ansteuereinheit ist eingerichtet, um ein Befehlssignal von der Steuereinrichtung über die Befehlsverbindung zu empfangen. Wenigstens eine Gate-Ansteuereinheit ist eingerichtet, um eine Zustandsänderung des Befehlssignals zu erfassen, um als Reaktion auf die Zustandsänderung des Befehlssignals einen Austastzeitraum einzuleiten und um innerhalb des Austastzeitraums jegliche weitere Zustandsänderungen des Befehlssignals als ankommende Daten zu verarbeiten.
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ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird durch Lesen der folgenden Beschreibung nicht-beschränkender Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich, worin nachstehend:
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines dieselelektrischen Traktionssystems, das einen dreiphasigen Halbleiter-Stromrichter enthält, der durch Gate-Ansteuereinheiten gesteuert werden kann, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer Schaltvorrichtung des in 1 veranschaulichten Stromrichters, die einen Halbleiterleistungsschalter und eine Freilaufdiode enthält.
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3 zeigt eine Perspektivansicht einer Außenseite der in 2 veranschaulichten Schaltvorrichtung.
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4 zeigt eine schematische Ansicht einer Gate-Ansteuereinheit, die mit der in 2 veranschaulichten Schaltvorrichtung verbunden ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt Signalverlaufsschaubilder von Leistungstransienten für einen durch eine herkömmliche Gate-Ansteuereinheit geschalteten Halbleiterleistungsschalter.
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6 zeigt in einer schematisierten Ansicht Signalformate, die in einem ersten Zweiwege-Kommunikationsprotokoll verwendet werden können, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt ein Flussdiagramm eines Kommunikationsprotokolls für die Koordination der in 6 veranschaulichten Signalformate gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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8 zeigt eine grafische Darstellung von Befehls- und Datensignalen zu und von einer Gate-Ansteuereinheit in einem Zweiwege-Kommunikationsprotokoll gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es wird nun nachstehend im Einzelnen auf beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Wenn es möglich ist, werden überall in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet, um auf die gleichen oder ähnlichen Teile zu verweisen. Obwohl beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf Stromrichter beschrieben sind, sind Ausführungsformen der Erfindung auch zur Verwendung mit Halbleiterleistungsschaltern allgemein, d. h. mit jeglicher Festkörpervorrichtung, die sich zur Schaltung von Strom zur Energieversorgung einer Last eignet, anwendbar.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines dieselelektrischen Traktionssystems 100, das bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Wie veranschaulicht, treibt eine Verbrennungsmaschine 102 einen Drehstromgenerator 104 an. Die durch den Generator 104 erzeugte Wechselspannung wird durch eine dreiphasige Diodenanordnung 106 gleichgerichtet, die eine Spannung Vdc zu einem Gleichspannungszwischenkreis 107 liefert, der an einem Kondensator 108 und einem Stromrichter 110 angeschlossen ist. Der Stromrichter enthält eine Schaltvorrichtung 111, 112, 113, 114, 115, 116, die hierin auch als Schalt-„Module” bezeichnet werden, die gemeinsam Vdc kommutieren, um über Ausgangsleitungen 120 dreiphasige elektrische Leistung zu einem Traktionsmotor 130 zu liefern. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird jedes Schaltmodul durch eine zugehörige Gate-Ansteuereinheit 401, 402, 403, 404, 405, 406 gesteuert und überwacht, wie dies nachstehend unter Bezugnahme auf 4 weiter erläutert ist. Die Gate-Ansteuereinheiten werden von einer zentralen Steuereinrichtung 140 koordiniert.
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2 zeigt eine schematische Ansicht der Schaltvorrichtung 112, während 3 in einer Perspektivansicht eine Ausführungsform eines Gehäuses 320 der Schaltvorrichtung 112 veranschaulicht. Wie in 2 veranschaulicht, enthält die Schaltvorrichtung 112 innerhalb ihres Gehäuses 320 einen Halbleiterleistungsschalter 220 und eine Freilaufdiode 221. Der Halbleiterleistungsschalter 220 weist einen Kollektor 222 und einen Emitter 223 auf, die durch einen Übergang 224 miteinander verbunden sind. An dem Übergang 224 ist eine Gate-Elektrode 225 angeschlossen, um eine Gate-Spannung Vg und einen Gate-Strom Ige von einer zugehörigen Gate-Ansteuereinheit 402 zu empfangen. Die Freilaufdiode 221 ist zu dem Halbleiterleistungsschalter 220 antiparallel angeschlossen, so dass in anderen Worten die Anode der Freilaufdiode mit dem Emitter 223 des Halbleiterleistungsschalters verbunden ist, während die Kathode der Freilaufdiode mit dem Halbleiterkollektor 222 verbunden ist.
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Der Kollektor 222 ist mit einer der Ausgangsleitungen 120 und mit einer elektrisch benachbarten Schaltvorrichtung 113 über einen Kollektoranschluss 322 verbunden, der in dem Schaltvorrichtungsgehäuse 320 enthalten ist. Der Emitter 223 ist mit dem Gleichspannungszwischenkreis 107 an der Niederseite des Kondensators 108 und des Gleichrichters 106 über einen Emitteranschluss 323 verbunden, der in dem Schaltvorrichtungsgehäuse 320 enthalten ist. Die Gate-Ansteuereinheit 402 ist mit der Gate-Elektrode 225 des Halbleiterleistungsschalters über einen Steueranschluss 326 verbunden.
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Obwohl 2 speziell eine beispielhafte Ausführungsform veranschaulicht, in der der Halbleiterleistungsschalter ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) ist, ist die vorliegende Erfindung ebenso auf andere Festkörper-Halbleitervorrichtungen anwendbar, zu denen einschließlich, als nicht-beschränkende Beispiele, Bi-Mode-Isolated-Gate-Leistungstransistoren (BiGTs), MOSFETs und andere JFETs gehören. Obwohl 2 lediglich einen einzigen Halbleiterleistungsschalter 220 und eine einzige Freilaufdiode 221 veranschaulicht, können in anderen Ausführungsformen mehrere Leistungsschalter und Dioden innerhalb einer einzelnen Schaltvorrichtung untergebracht sein.
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Für eine optimale Verwendung und einen sicheren Betrieb des Stromrichters 110 wird der Betrieb der einzelnen Halbleiterleistungsschalter 220 in Ausführungsformen gemäß den Veränderungen der Betriebsparameter des Stromrichters angepasst. Z. B. wird in Ausführungsformen die Stromanstiegsgeschwindigkeit während des „Einschaltens” (der Aktivierung) eines einzelnen Leistungsschalters angepasst. In Aspekten der vorliegenden Erfindung wird eine derartige Anpassung über eine Kommunikation zwischen der zentralen Steuereinrichtung 140 und jeder Gate-Ansteuereinheit 401, etc. erreicht.
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Demgemäß zeigt 4 in einer schematischen Ansicht eine Gate-Ansteuereinheit 402, die mit der Schaltvorrichtung 112 verbunden ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Gate-Ansteuereinheit 402 enthält eine programmierbare Logiksteuerung (PLC) 420, die in einer Ausführungsform eine FPGA (im Feld programmierbare Gatter-Anordnung) sein kann. (In anderen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung 420 eine Steuereinrichtung von einer anderen Art.) Die Gate-Ansteuereinheit 402 enthält ferner eine Gleichspannungsversorgung 421, einen Befehlsverbindungsanschluss 422, einen Speicher 426 und mehrere Signalverbindungen. Insbesondere ist der Befehlsverbindungsanschluss 422 mit der zentralen Steuereinrichtung 140 über eine Befehlsverbindung 428 verbunden. Über die Befehlsverbindung 428 und den Befehlsverbindungsanschluss 422 kann die zentrale Steuereinrichtung 140 der PLC 420 ein Befehls(Bedienersteuerungs)-Signal OC zuführen.
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Der Speicher 426 kann „nicht flüchtig” sein, so dass er in anderen Worten gespeicherte Daten behält, wenn die Gate-Ansteuereinheit 402 nicht mit Energie versorgt ist. In anderen Ausführungsformen ist der Speicher 426 „flüchtig”, d. h., er behält gespeicherte Daten nur, während die Gate-Ansteuereinheit 402 mit Energie versorgt ist.
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In manchen Ausführungsformen, gewöhnlich zur Verwendung mit Hochspannungs- (> 1200 V) Halbleiterleistungsschaltern, ist die Befehlsverbindung 428 ein Glasfaserleitungspaar, und der Befehlsverbindungsanschluss 422 ist ein optischer Wandler mit zwei Kanälen. Der Befehlsverbindungsanschluss 422 kann auch zur Verwendung mit einer bidirektionalen (Einfaser-)Befehlsverbindung eingerichtet sein. In noch weiteren Ausführungsformen, gewöhnlich zur Verwendung mit Niederspannungs-(< 1200 V)Halbleiterleistungsschaltern, kann der Befehlsverbindungsanschluss ein elektrischer Verbinder sein, wie z. B.: eine oder mehrere Anschraubplatten; ein Koaxial-Steckverbinder; eine USB-Buchse; eine RJ-45-Buchse; eine RJ-25-, RJ-14- oder RJ-11-Buchse; oder dergleichen. Der Kommunikationsverbindungsanschluss kann ein drahtloser (Funk- oder Nahfeldeffekt-)Empfänger oder -Transceiver sein, während die Befehlsverbindung drahtlos, über Luft erfolgen kann.
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Weiterhin bezugnehmend auf 4 stellt die PLC 420 als Reaktion auf das Befehlssignal OC eine Ausgangsstufe 440 ein, um eine Gate-Ansteuerspannung Vg zu dem Halbleiterleistungsschalter über den Steueranschluss 326 zu liefern. (Die Gate-Ansteuerspannung bezeichnet eine Spannung zur Aktivierung des Leistungsschalters, um Strom zu einer Last zu liefern.) Die PLC 420 wählt einen von mehreren vorbestimmten Werten oder Sollwerten 441 (für die Gate-Ansteuerungsspannung) aus, die in einer Nachschlagetabelle 442 in dem Speicher 426 gespeichert sind, und stellt die Ausgangsstufe 440 ein, um Vg an den Sollwert anzupassen. In machen Aspekten der Erfindung enthalten die vorbestimmten Sollwerte 441 zeitlich geordnete Reihen oder Zeitfunktionen, die jeweils einem von mehrere Referenzwerten entsprechen.
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Optional enthält die Gate-Ansteuereinheit einen ADC (Analog-Digital-Wandler) 424. Der ADC 424 sammelt verschiedene gemessene Werte Vx1, Vx2 ... Vxn, die mit dem Halbleiterleistungsschalter 220 in Beziehung stehen, der durch die Gate-Ansteuereinheit 402 angesteuert wird. Die PLC 420 speichert die Messwerte in dem Speicher 426 für eine bevorstehende Übertragung dieser erfassten Daten zu der zentralen Steuereinrichtung 140. Gemäß Aspekten der Erfindung können die Messwerte Vxn, die mit dem Halbleiterleistungsschalter 220 im Zusammenhang stehen, von der Gate-Ansteuereinheit 402 zurück zu der zentralen Steuereinrichtung 140 über die PLC 420 und die Befehlsverbindung 428 berichtet werden.
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Die vorstehende Erläuterung der Steuerungs- und Datensignalübertragungen über die Befehlsverbindung 428 übersieht jedoch eine Unzulänglichkeit herkömmlicher Gate-Ansteuereinheiten. Sie sind nämlich nicht dazu ausgelegt, Daten zu senden, zu empfangen oder zu übertragen, sondern lediglich dazu, eine Gate-Spannung zu einem Halbleiterleistungsschalter als Reaktion auf ein Ein- oder Aus-Signal zu liefern. In dieser Hinsicht veranschaulicht 5 eine typische Funktionsweise einer herkömmlichen Gate-Ansteuereinheit und eines Halbleiterleistungsschalters der „normalerweise Aus”-Bauart. Insbesondere zeigt 5, dass die Gate-Ansteuereinheit eine positive Gate-Spannung Vg_an sendet, während sie einen HIGH-Zustand des Befehlssignals OC empfängt, und sie sendet eine negative Gate-Spannung Vg_aus, während sie einen LOW-Zustand des Befehlssignals OC empfängt. Als Reaktion zeigt der durch die Gate-Ansteuereinheit vorgespannte Halbleiterleistungsschalter typische Transienten der Durchgangsspannung Vce und des Starkstroms Ice. Andere herkömmliche Gate-Ansteuereinheiten (nicht veranschaulicht) sind „normalerweise an”. Herkömmliche Gate-Ansteuereinheiten wechseln auch ihren Zustand bei Empfang eines HIGH-Impulses eines Befehlssignals OC mit einer speziellen Dauer, und sie behalten während eines LOW-Zustands des Befehlssignals OC einen stationären Zustand bei. In derartigen Konstruktionen sind keine Maßnahmen zur Verarbeitung von Signalen außer den Schaltbefehlen vorhanden. Jedoch ist es typisch, dass eine Gate-Ansteuereinheit ein Rückmeldesignal FS sendet, das eine Zustandsänderung des Befehlssignals OC bestätigt oder eine Zustandsänderung der Gate-Ansteuereinheit meldet.
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Digitale Daten, die über eine Befehlsverbindung zu einer herkömmlichen Gate-Ansteuereinheit gesandt werden, die eingerichtet ist, um Zustandsänderungen in einem Befehlssignal durch eine Veränderung eines Zustands zu verarbeiten, wie in 5 veranschaulicht, könnten eine schnelle Umschaltung des durch diese Gate-Ansteuereinheit gesteuerten Halbleiterleistungsschalters mit begleitenden elektrischen Transienten, thermischen Belastungen und insgesamt schädlichen Auswirkungen auf die Langlebigkeit des Systems hervorrufen. Demgemäß wird in Ausführungsformen ein vorbestimmter „Austastzeitraum” (von einer vorbestimmten Zeitdauer) nach einer Zustandsänderung des Befehlssignals OC auferlegt. Während des endlichen Austastzeitraums behält die Gate-Ansteuereinheit einen stationären Zustand bei, wie er durch die anfängliche Änderung des Befehlssignal OC festgesetzt ist, und verarbeitet weitere Zustandsänderungen des Befehlssignals. „Verarbeiten” umfasst eine Erfassung der weiteren Zustandsänderung und eine Funktion als Reaktion auf die Zustandsänderung in einer Weise, in der die Gate-Ansteuereinheit nicht agieren würde, wenn der Austastzeitraum nicht in Kraft sein würde. Z. B. kann die Gate-Ansteuereinheit während des Austastzeitraums eine Zustandsänderung erkennen, die normalerweise eine Aktivierung oder Deaktivierung des Leistungsschalters zur Lieferung von Strom an eine Last herbeiführen würde. Anstelle der Aktivierung oder Deaktivierung des Leistungsschalters als Reaktion auf die Zustandsänderung verarbeitet die Gate-Ansteuereinheit während des Austastzeitraums eine Modulation des Befehlssignals als Kommunikationsdaten.
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Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird eine Datenübertragung zu und von einer Gate-Ansteuereinheit unter Verwendung von Signalformaten und eines Kommunikationsprotokolls, wie in den 6 und 7 veranschaulicht, erzielt. 6 zeigt ein Format 600 für eine Datenübertragung von einer zentralen Steuereinrichtung 140 zu der Gate-Ansteuereinheit 402 unter Verwendung des Befehlssignals OC als ein Träger. 6 zeigt ferner ein Format 601 zur Datenübertragung von der Gate-Ansteuereinheit zu der zentralen Steuereinrichtung 140 unter Verwendung eines Rückmeldesignals FS als ein Träger. In 6 bezeichnet die Abkürzung „S/N” eine laufende Nummer oder eine sonstige Kennzeichnung, die für jede Einheit eindeutig sein kann oder über ein spezielles Modell oder eine spezielle Ausführungsform der Erfindung hinweg gemeinsam sein kann.
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In Ausführungsformen sind die Signalformate 600, 601 ausgelegt, um innerhalb eines 10 μs (10 Mikrosekunden) andauernden Austastzeitraums 602 zu passen, in dem die Gate-Ansteuereinheit einen stabilen Zustand (eine konstante Gate-Spannung Vg) aufrechterhält, ohne Rücksicht auf Zustandsänderungen des Befehlssignals OC. Ein derartiger Austastzeitraum kann beispielsweise nach einer „stufenartigen Veränderung) eines Zustands 604 des Befehlssignals OC für etwa 10 μs andauern. In manchen Ausführungsformen kann eine „stufenartige Veränderung” als eine Veränderung beschrieben werden, die größer ist als ein spezieller Bruchteil der Differenz zwischen den auslegungsgemäßen HIGH- und LOW-Spannungspegeln innerhalb einer Zeitdauer von etwa 1 μs (Mikrosekunde). In speziellen Ausführungsformen kann eine „stufenartige Veränderung” mehr als etwa 60 Prozent (60%) der Differenz zwischen HIGH und LOW betragen. Allgemein ist eine „stufenartige Veränderung” eine Signaländerung, die von dem erwarteten Rauschwert unterschieden werden kann, und sie kann Veränderungen zwischen verschiedenen vordefinierten Signalniveaus umfassen. Selbst wenn das Befehlssignal OC ungewöhnlich rauschbehaftet ist, ist eine Gate-Ansteuereinheit folglich im schlimmsten Fall derart eingerichtet, dass sie für einen Austastzeitraum nicht mehr als einmal in 10 μs umschalten wird.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden Austastzeiträume zum Austausch von Daten, die sich von Schaltbefehlen unterschieden, verwendet. Hierfür ist die Gate-Ansteuereinheit 402 eingerichtet, um Daten entsprechend einem Kommunikationsprotokoll zu senden und zu empfangen, das ausgelegt ist, um innerhalb des bestimmten Austastzeitraums zu passen.
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7 zeigt in einer Flussdiagrammform ein beispielhaftes Kommunikationsprotokoll 700, das durch die zentrale Steuereinrichtung 140 initiiert werden kann, die die „stufenartige Veränderung” 604 in dem Befehlssignal OC sendet. Im Schritt 701 kann die Gate-Ansteuereinheit 402 das Kommunikationsprotokoll 700 fortführen, indem sie zurück zu der zentralen Steuereinrichtung 140 eine „Kerbe” 606 sendet, die eine kurze Umkehrung (HIGH-zu-LOW-zu-HIGH oder LOW-zu-HIGH-zu-LOW) des Rückmeldesignals FS ist. Die Kerbe 606 zeigt der zentralen Steuereinrichtung 140 an, dass eine Zweiwege-Datenübertragung durch die Gate-Ansteuereinheit 402 innerhalb des Austastzeitraums nach der stufenartigen Veränderung des Befehlssignals OC ermöglicht wird. Unmittelbar nach dem Senden der Kerbe 606 sendet die Gate-Ansteuereinheit 402 im Schritt 702 Betriebsdaten 608.
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In der in 6 veranschaulichten Ausführungsform enthalten die Betriebsdaten 608 eine laufende Nummer des Gate-Treibers, eine laufende Nummer des Halbleiterleistungsschalters, einen Spannungsabfalls Vce des Leistungsschalters, einen Strom Ice des Leistungsschalters und wenigstens entweder eine Gehäusetemperatur Tc der Schaltvorrichtung und/oder eine geschätzte Übergangstemperatur des Leistungsschalters. Die laufende Nummer des Gate-Treibers und die laufende Nummer des Halbleiterleistungsschalters können an einer (nicht veranschaulichten) zentralen Steuereinrichtung dazu verwendet werden, geeignete Werte z. B. für die Vg-Sollwerte 441 zu bestimmen.
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Während einer Verzögerung 605, die beginnt, wenn die „stufenartige Veränderung” 604 in das Befehlssignal OC eingefügt wird, führt die zentrale Steuereinrichtung 140 den Verfahrensschritt 703 der Überprüfung des Rückmeldesignals FS hinsichtlich der Kerbe 606 aus. In manchen Ausführungsformen, wie in 6 veranschaulicht, kann die Verzögerung eine Dauer von etwa drei (3) μs aufweisen. Falls die Kerbe 606 erkannt wird, beginnt die zentrale Steuereinrichtung 140 anschließend in dem Verfahrensschritt 704 sofort, die durch die Gate-Ansteuereinheit 402 gesandten Betriebsdaten 608 zu lesen. Am Ende der Verzögerung 605 sendet die zentrale Steuereinrichtung 140 in dem Verfahrensschritt 705 zu der Gate-Ansteuereinheit 402 eine Bestätigungskerbe 610, der eine Sendung von Neukonfigurationsdaten 612 in einem Verfahrensschritt 706 folgt. Die Gate-Ansteuereinheit führt den parallelen Verfahrensschritt 707 des Empfangens der Kerbe aus und empfängt anschließend die Neukonfigurationsdaten in einem Verfahrensschritt 708. Z. B. können die Neukonfigurationsdaten 612 einen aktualisierten Zielwert der Gate-Spannung Vg sowie aktualisierte Schwellenwerte für ausgewählte Betriebsparameter, die für die Zwecke der Überwachung des Funktionszustands verwendet werden, enthalten.
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Wie in 6 veranschaulicht, ermöglicht das Protokoll 700 eine Übertragung von Neukonfigurationsdaten 612 von der zentralen Steuereinrichtung 140 zu der Gate-Ansteuereinheit 402 über eine Modulation des Befehlssignals OC innerhalb des Austastzeitraums 602. Z. B. sieht das Signalformat 601 eine Übertragung einer Schreibadresse 614 eines Betriebsparameters, der angepasst werden soll (z. B. einer Adresse in dem Speicher 426 der Gate-Ansteuereinheit, der einen geordneten Pegel der Gate-Spannung Vg speichert), sowie eines neuen Wertes 616 zur Anpassung des Betriebsparameters vor. Dies ermöglicht eine Umprogrammierung der Gate-Ansteuereinheit 402 im Betrieb als eine Feldänderung oder dergleichen auf der Basis des Empfanges, der Behandlung und der Speicherung der ankommenden Neukonfigurationsdaten 612. Als ein Beispiel kann die Schreibadresse 614 einem der mehreren Sollwerte 441 entsprechen, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 4 erläutert, während der neue Wert 616 diesen Sollwert in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Stromrichters 100 anpassen kann. Als ein weiteres Beispiel kann die Schreibadresse 614 der Dauer des Austastzeitraums 602 entsprechen, und der neue Wert 616 kann diese Dauer anpassen.
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In manchen Ausführungsformen können die Schreibadresse 614 und der neue Wert 616 die Gate-Ansteuereinheit 402 veranlassen, die Dauer des Austastzeitraums 602 zu verlängern, um eine Übertragung von „Massendaten” zu ermöglichen. „Massendaten” sollen Datenpakete beschreiben, die die beispielhaften Signalformate 600, 601 übersteigen, wie beispielsweise Inbetriebnahmedaten oder Startdaten der Schalter. Somit erfordern die „Massendaten” eine kontinuierliche Datenübertragung ohne Veränderung des Gate-Spannungspegels für eine Zeitdauer, die die Standarddauer des Austastzeitraums 602 deutlich überschreitet. So erfordert eine Massendatenübertragung in Fällen, in denen eine Austastzeitdauer 10 μs beträgt, mehr als 10 μs. Z. B. erfordert eine Massendatenübertragung in einigen Aspekten es, dass der Austastzeitraum 602 auf mehr als 20 μs zurückgesetzt wird. In ausgewählten Aspekten erfordert eine Massendatenübertragung, dass der Austastzeitraum 602 auf mehr als 50 μs zurückgesetzt wird. Somit sollte eine Massendatenübertragung nur unter speziellen Bedingungen stattfinden, wenn die Gate-Ansteuereinheit für eine willkürliche Zeitdauer ein- oder ausgeschaltet gehalten werden kann, z. B. während der Inbetriebnahme, des Starts oder der Instandhaltung der Gate-Ansteuereinheit oder des Stromrichters. Ein „Massendaten”-Paket endet gewöhnlich mit einer Schreibadresse 614 und einem neuen Wert 616, der den Austastzeitraum 602 auf seine standardmäßige (Betriebs-)Dauer zurücksetzt. Nichtsdestoweniger wird der Austastzeitraum im Schritt 709 nach einem Zeitlimit beendet.
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Zusätzlich sieht das Protokoll 700 einen wahlfreien Lesezugriff auf die Betriebsdaten 608 der Gate-Ansteuereinheit 402 vor. Z. B. sieht die beispielhafte Struktur 601 für das Befehlssignal OC die Übertragung einer Leseadresse 618 vor (die einer Speicherstelle eines speziellen Messwertes innerhalb des Speichers 426 der Gate-Ansteuereinheit entspricht), wobei die Gate-Ansteuereinheit 402 als Reaktion darauf bei einer stufenartigen Veränderung 604 des Befehlssignals OC den Messwert an die zentrale Steuereinrichtung 140 als Lesedaten 620 senden kann.
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Die Aufnahme einer laufenden Nummer 622 der Gate-Ansteuereinheit und einer laufenden Nummer 623 des Halbleiterleistungsschalters innerhalb der Datenstruktur 601 ermöglicht der zentralen Steuereinrichtung 140, Stromrichterkomponenten zu authentifizieren, um so eine verlässliche Reaktion auf das Befehlssignal OC durch den Stromrichter 110 sicherzustellen. Indessen ermöglichen die Durchgangsspannung und der Strom Vce, Ice gemeinsam mit der Übergangstemperatur Tj des Halbleiterleistungsschalters der zentralen Steuereinrichtung 140, Neukonfigurationsdaten 612 zur Einstellung der Gate-Ansteuereinheit 402 zu berechnen und zu senden, um eine geeignete Gate-Ansteuerungsspannung Vg zu liefern.
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8 veranschaulicht Signalformen eines Befehlssignals OC und eines Rückmeldesignals FS eines Gate-Ansteuereinheit für eine alternative Ausführungsform der Erfindung, in der in einer Variante des Kommunikationsprotokolls 700 die Gate-Ansteuereinheit 402 bis weit nach der 3 μs-Verzögerung 605 nicht sendet. Bezeichnungen in 8, wie beispielsweise „8b”, „12b” beziehen sich auf die Anzahl der Datenbits. Die Gate-Ansteuereinheit 402 ist konfiguriert, um Datenbits mit einer spezifischen Periodizität, z. B. in einigen Ausführungsformen mit einer Periodizität von einem Bit pro μs (ungefähr 1 Mbs) zu erwarten. Ferner bezeichnet die Bezeichnung „S/N” in 8 eine laufende Nummer einer Gate-Ansteuereinheit oder eine sonstige Kennzeichnung von dieser, während die Abkürzung „Tx” sich auf die Übertragung von Daten zwischen einer Gate-Ansteuereinheit und einer eigenständigen Steuerung bezieht. Die Bezeichnungen VCEsct bzw. VCEHV beziehen sich auf gespeicherte Messwerte der Kollektor-Emitter-Spannungen im leitenden bzw. nicht-leitenden Zustand über dem (den) durch die Gate-Ansteuereinheit angesteuerten Schalter(n).
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Somit wird in einer Ausführungsform eine Kommunikation mit einer Gate-Ansteuereinheit über eine Befehlsverbindung der Gate-Ansteuereinheit bewerkstelligt, indem an der Gate-Ansteuereinheit eine Zustandsänderung eines Befehlssignals, das über die Befehlsverbindung empfangen wird, erfasst wird. Als Reaktion auf die Zustandsänderung des Befehlssignals leitet die Gate-Ansteuereinheit einen Austastzeitraum ein, in dem die Gate-Ansteuereinheit jegliche weitere Zustandsänderungen des Befehlssignals als ankommende Daten verarbeitet. Somit kann die Gate-Ansteuereinheit innerhalb des Austastzeitraums ankommende Daten durch Modulation des Befehlssignals empfangen. In Ausführungsformen wird eine Kommunikation ferner durch Übertragung ausgehender Daten von der Gate-Ansteuereinheit über die Befehlsverbindung innerhalb des Austastzeitraums durch Modulation eines Rückmeldesignals bewerkstelligt. In ausgewählten Ausführungsformen werden die ausgehenden Daten durch Speicherung von Messwerten in einem Speicher vorbereitet. Die ausgehenden Daten können z. B. Daten umfassen, die die Gate-Ansteuereinheit identifizieren. In einigen Ausführungsformen können die ausgehenden Daten periodische Funktionsüberwachungs- und/oder Schalterstatusdaten enthalten. In manchen Aspekten können die ankommenden Daten eine Leseadresse für in den ausgehenden Daten aufzunehmende Betriebsdaten enthalten. Die ankommenden Daten können ferner eine Schreibadresse zur Aktualisierung eines Betriebsparameters der Gate-Ansteuereinheit enthalten. Z. B. können die ankommenden Daten einen aktualisierten Sollwert der Gate-Spannung enthalten. Als ein weiteres Beispiel können die ankommenden Daten einen aktualisierten Wert für eine Dauer des Austastzeitraums enthalten. In einigen Ausführungsformen können die ankommenden Daten einen Erwartungswert der die Gate-Ansteuereinheit identifizierenden Daten enthalten. In manchen Ausführungsformen können die ankommenden Daten „Massendaten” enthalten.
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In einer Ausführungsform enthält eine Leistungsschaltervorrichtung einen Halbleiterleistungsschalter, eine Gate-Ansteuereinheit, die mit dem Halbleiterleistungsschalter verbunden ist, und eine Befehlsverbindung, die die Gate-Ansteuereinheit mit einer Steuereinrichtung kommunikationsmäßig verbindet. Die Gate-Ansteuereinheit ist eingerichtet, um ein Befehlssignal von der Steuereinrichtung über die Befehlsverbindung zu empfangen, eine Zustandsänderung des Befehlssignals zu erfassen, als Reaktion auf die Zustandsänderung des Befehlssignals einen Austastzeitraum einzuleiten, in dem die Gate-Ansteuereinheit als ankommende Daten wenigstens eine weitere Zustandsänderung des Befehlssignals verarbeitet, und ankommende Daten über die Befehlsverbindung innerhalb des Austastzeitraums zu empfangen. In Ausführungsformen wird eine Kommunikation ferner durch Übertragung von ausgehenden Daten von der Gate-Ansteuereinheit über die Befehlsverbindung innerhalb des Austastzeitraums durch Modulation eines Rückmeldesignals bewerkstelligt. Ausgewählte Ausführungsformen der Leistungsschaltervorrichtung enthalten ferner eine Sensorvorrichtung, die eingerichtet ist, um einen Wert wenigstens einer charakteristischen Eigenschaft des Halbleiterleistungsschalters zu messen. In derartigen Ausführungsformen enthalten die ausgehenden Daten den gemessenen Wert. In Ausführungsformen enthalten die ausgehenden Daten Daten, die die Gate-Ansteuereinheit identifizieren. In einigen Ausführungsformen enthalten die ankommenden Daten eine Leseadresse für in die ausgehenden Daten aufzunehmende Betriebsdaten. Die ankommenden Daten können ferner eine Schreibadresse zur Aktualisierung eines Betriebsparameters der Gate-Ansteuereinheit enthalten. Die ankommenden Daten können einen aktualisierten Sollwert der Gate-Spannung enthalten. Die ankommenden Daten können einen aktualisierten Wert für eine Dauer des Austastzeitraums enthalten. In einigen Ausführungsformen können die ankommenden Daten einen Erwartungswert der die Gate-Ansteuereinheit identifizierenden Daten enthalten.
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In einer weiteren Ausführungsform enthält ein Stromrichter mehrere Halbleiterleistungsschalter und mehrere Gate-Ansteuereinheiten, die angeschlossen sind, um eine Gate-Spannung an die mehreren Halbleiterleistungsschalter zu liefern. Jede Gate-Ansteuereinheit enthält eine Befehlsverbindung, um die Gate-Ansteuereinheit mit einer Steuereinrichtung kommunikationsmäßig zu verbinden. Jede Gate-Ansteuereinheit ist eingerichtet, um ein Befehlssignal von der Steuereinrichtung über die Befehlsverbindung zu empfangen. Wenigstens eine Gate-Ansteuereinheit ist eingerichtet, um eine Zustandsänderung des Befehlssignals zu erfassen, als Reaktion auf die Zustandsänderung des Befehlssignals einen Austastzeitraum einzuleiten und innerhalb des Austastzeitraums jegliche weitere Zustandsänderungen des Befehlssignals als ankommende Daten zu verarbeiten.
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Wie leicht erkannt wird, kann in Ausführungsformen wenigstens eine Gate-Ansteuereinheit eingerichtet sein, um ausgehende Daten zu der Steuereinrichtung über die Befehlsverbindung innerhalb des Austastzeitraums zu übertragen. In Ausführungsformen werden die ausgehenden Daten über eine Modulation eines Rückmeldesignals übertragen. In Ausführungsformen können die ausgehenden Daten einen Messwert wenigstens eines Parameters des Halbleiterleistungsschalters, mit dem die wenigstens eine der Gate-Ansteuereinheiten verbunden ist, enthalten. In manchen Ausführungsformen können die ausgehenden Daten Daten enthalten, die die Gate-Ansteuereinheit identifizieren. In einigen Ausführungsformen können die ankommenden Daten eine Leseadresse für in die ausgehenden Daten aufzunehmende Betriebsdaten enthalten. Die ankommenden Daten können ferner eine Schreibadresse zur Aktualisierung eines Betriebsparameters der Gate-Ansteuereinheit enthalten. In manchen Ausführungsformen können die ankommenden Daten einen aktualisierten Sollwert der Gate-Spannung enthalten. Die ankommenden Daten können einen aktualisierten Wert für die Dauer des Austastzeitraums enthalten. In ausgewählten Ausführungsformen können die ankommenden Daten einen Erwartungswert der die Gate-Ansteuereinheit identifizierenden Daten enthalten.
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Somit ist es gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, Datensignale zu und von einer Gate-Ansteuereinheit zusätzlich zu oder auf der gleichen Verbindung, wie sie für An-Aus-Befehlssignale verwendet wird, zu übertragen. Die Datenübertragung auf der gleichen Verbindung, die für Befehle verwendet wird, ermöglicht eine Echtzeitüberwachung der Gate-Ansteuereinheiten, während sie gerade betriebenen werden, ohne den Aufwand durch zusätzliche optische oder elektrische Verbindungen zu erhöhen. Eine kombinierte Übertragung von Daten gemeinsam mit Befehlen ermöglicht ferner eine Echtzeit-Umkonfiguration der Gate-Ansteuereinheiten, während sie gerade betrieben werden. Da die erfindungsgemäßen Kommunikationsprotokolle, Verfahren und Vorrichtungen eine Echtzeit-Funktionsüberwachung und -Umkonfiguration der einzelnen Gate-Ansteuereinheiten innerhalb eines arbeitenden Stromrichters ermöglichen, verbessert die Erfindung dadurch die Betriebsbereitschaft. Infolgedessen werden Gesamtkosten des Betriebs reduziert. Außerdem verringert das Kommunikationsprotokoll, indem es eines Echtzeit-Funktionsüberwachung ermöglicht, einen herkömmlichen Bedarf nach einer planmäßigen Abschaltung, um Messwerte zu Wartungszwecken aufzunehmen oder Vorrichtungen/Module auf der Basis der bestimmungsgemäßen Lebensdauer zu wechseln. Stattdessen ermöglicht das erfindungsgemäße Kommunikationsprotokoll einen Austausch der Schaltvorrichtung/des Moduls auf der Basis einer Echtzeitüberwachung der Modulfunktionsfähigkeit, wie dies in der parallel anhängigen und auf den gleichen Anmelder lautenden Anmeldung mit dem internen Aktenzeichen 256525, die durch Verweis in ihrer Gesamtheit hierin mit aufgenommen ist, näher erläutert ist.
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Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Kommunikationsverfahren. Das Verfahren weist ein Erfassen einer Zustandsänderung eines Befehlssignals an einer Gate-Ansteuereinheit, das über eine Befehlsverbindung der Gate-Ansteuereinheit empfangen wird. Die Gate-Ansteuereinheit kann z. B. mit einem Halbleiterleistungsschalter in einem Umrichter oder einem sonstigen Stromrichter verbunden sein. Die Zustandsänderung des Befehlssignals ist eine Signalform eines elektrischen Signals, die in einer bestimmten Weise zur Aktivierung und/oder Deaktivierung des Leistungsschalters, um Strom zu einer Last (z. B. einem Traktionsmotor) zu liefern, eingerichtet ist. Das Verfahren weist ferner als Reaktion auf die Zustandsänderung des Befehlssignals auf, in dem die Gate-Ansteuereinheit jegliche weitere Zustandsänderungen des Befehlssignals als ankommende Daten verarbeitet. (Der Austastzeitraum weist eine Zeitdauer, z. B. eine statische Dauer, oder eine Dauer, die auf der Basis der Betriebsbedingungen oder in sonstiger Weise ermittelt wird, auf.) Das Verfahren weist ferner ein Empfangen ankommender Daten an der Gate-Ansteuereinheit innerhalb des Austastzeitraums auf. In einer Ausführungsform werden die Daten durch Verarbeitung von Modulationen des Befehlssignals empfangen. In einer weiteren Ausführungsform erhält die Gate-Ansteuereinheit ankommende Daten mittels eines anderen Signals, das an der Gate-Ansteuereinheit während des Austastzeitraums empfangen wird. In Ausführungsformen werden Daten nur während der Austastzeiträume an der Gate-Steuereinheit empfangen und/oder von dieser übertragen. (In anderen Ausführungsformen werden Daten an der Gate-Ansteuereinheit zu anderen Zeiten empfangen, wobei jedoch die Austastzeiträume die einzigen Zeiträume sind, in denen die empfangenen Daten nicht auch den Leistungsschalter zur Lieferung von Strom zu einer Last aktivieren und/oder deaktivieren könnten.) In anderen Ausführungsformen wird die Gate-Ansteuereinheit zusätzlich oder alternativ, wenn die Zeitdauer eines Austastzeitraums endet, dazu zurückkehren, auf die Zustandsänderungen des Befehlssignals zu reagieren (um den Leistungsschalter zur Lieferung von Strom zu einem Traktionsmotor oder einer anderen Last zu aktivieren und/oder zu deaktivieren), bis zu dem nächsten Austastzeitraum.
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Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Leistungsschaltervorrichtung. Die Leistungsschaltervorrichtung weist einen Halbleiterleistungsschalter, eine Gate-Ansteuereinheit, die mit dem Halbleiterleistungsschalter verbunden ist, und eine Befehlsverbindung (einen Kommunikationspfad) auf, die die Gate-Ansteuereinheit mit einer Steuereinrichtung kommunikationsmäßig verbindet. Die Gate-Ansteuereinheit ist eingerichtet, um ein Befehlssignal von der Steuereinrichtung über die Befehlsverbindung zu empfangen. Die Gate-Ansteuereinheit ist ferner konfiguriert, um eine bestimmte Zustandsänderung des Befehlssignals zu erkennen. Die Gate-Ansteuereinheit ist ferner konfiguriert, um einen Austastzeitraum als Reaktion auf die bestimmte Zustandsänderung des Befehlssignals einzuleiten. Die Gate-Ansteuereinheit ist ferner konfiguriert, um ankommende Daten über die Befehlsverbindung innerhalb des Austastzeitraums zu empfangen. Allgemein ist die Zustandsänderung des Befehlssignals eine elektrische Signalform, die in einer bestimmten Weise zur Aktivierung und/oder Deaktivierung des Leistungsschalters, um Strom zu einer Last (z. B. einem Traktionsmotor) zu liefern, eingerichtet ist. Die bestimmte Zustandsänderung könnte z. B. ein Übergang des Befehlssignals von einem bestimmten HIGH-Spannungspegel zu einem bestimmten LOW-Spannungspegel (oder umgekehrt) sein. Als ein weiteres Beispiel könnte die bestimmte Zustandsänderung ein Übergang des Befehlssignals von einem Wert innerhalb einer bestimmten ersten Schwelle des bestimmten HIGH-Spannungspegels zu einem Wert innerhalb einer bestimmten zweiten Schwelle des bestimmten LOW-Spannungspegels (oder umgekehrt) sein. In jedem Fall kann die bestimmte Zustandsänderung darauf basieren, dass vorbestimmte Bedingungen des Befehlssignals für eine bestimmte Zeitdauer bei dem Spannungspegel, zu dem übergegangen worden ist, verbleiben, d. h., die Gate-Ansteuereinheit ist sich bewusst, dass die Befehlssignalform von dem ersten Pegel zu einem anderen, zweiten Pegel übergeht und an dem zweiten Pegel für die Zeitdauer verbleibt, die eine hinreichende Dauer ist, um eine Übertragung von Daten zu/von der Gate-Ansteuereinheit während eines Austastzeitraums zu bewerkstelligen. Die Austastzeiträume können bei jeder Erkennung der bestimmten Zustandsänderung oder bei einer Erkennung der bestimmten Zustandsänderung während anderer bestimmter Betriebsbedingungen eingeleitet werden. In Ausführungsformen werden Daten nur während der Austastzeiträume an der Gate-Ansteuereinheit empfangen und/oder von dieser ausgesandt. (In anderen Ausführungsformen werden Daten an der Gate-Ansteuereinheit zu anderen Zeiten als während der Austastzeiträume empfangen, wobei jedoch die Austastzeiträume die einzigen Zeiträume sind, in denen die empfangenen Daten den Leistungsschalter nicht zur Lieferung von Strom zu einer Last aktivieren und/oder deaktivieren könnten.) In anderen Ausführungsformen wird die Gate-Ansteuereinheit zusätzlich oder alternativ, wenn die Zeit eines Austastzeitraums endet, zurückkehren, um auf Zustandsveränderungen des Befehlssignals zu reagieren, bis zu dem nächsten Austastzeitraum.
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Es wird verstanden, dass die vorstehende Beschreibung dazu vorgesehen ist, veranschaulichend und nicht beschränkend zu sein. Z. B. können die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen (und/oder Aspekte von diesen) in Verbindung miteinander verwendet werden. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren Umfang abzuweichen. Während die hierin beschriebenen Abmessungen und Materialarten dazu bestimmt sind, die Parameter der Erfindung zu definieren, sind sie keineswegs beschränkend, und sie stellen beispielhafte Ausführungsformen dar. Es werden sich viele weitere Ausführungsformen Fachleuten auf dem Gebiet beim Lesen der vorstehend Beschreibung erschließen. Der Umfang der Erfindung sollte folglich unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche, gemeinsam mit dem vollen Umfang von Äquivalenten, zu denen derartige Ansprüche berechtigt sind, ermittelt werden. In den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „enthalten” und „in dem/der/denen” als die vollen sprachlichen Äquivalente der jeweiligen Begriffe „aufweisen” und „worin” verwendet. Außerdem werden in den folgenden Ansprüchen die Ausdrücke „erste”, „zweite”, „dritte”, „obere”, „untere”, „Unterseite”, „Oberseite” etc. lediglich als Bezeichnungen verwendet, und sie sollen ihren Objekten keine nummerischen oder positionsbezogenen Anforderungen auferlegen. Ferner sind die Merkmale der folgenden Ansprüche nicht in der Mittel-plus-Funktion-Form geschrieben, und sie sollen nicht auf der Basis von 35 USC § 122, sechster Absatz, interpretiert werden, sofern derartige Anspruchsmerkmale nicht ausdrücklich die Formulierung „Mittel zum”, gefolgt von einer Angabe der Funktion ohne eine weitere Struktur verwenden.
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Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann auf dem Gebiet in die Lage zu versetzen, die Ausführungsformen der Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die einem Fachmann auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
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Wie hierin verwendet, sollte ein Element oder Schritt, das bzw. der in der Einzahl angegeben ist und dem das Wort „ein” oder „eine” vorangestellt ist, derart verstanden werden, dass er nicht mehrere derartige Elemente oder Schritte ausschließt, sofern ein derartiger Ausschluss nicht explizit angegeben ist. Außerdem sollen Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform” der vorliegenden Erfindung nicht derart interpretiert werden, als würden sie die Existenz weiterer Ausführungsformen ausschließen, die ebenfalls die angegebenen Merkmale enthalten. Außerdem können, sofern nicht explizit das Gegenteil angegeben ist, Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elemente mit einer bestimmten Eigenschaft „aufweisen”, „enthalten” oder „haben”, zusätzliche derartige Elemente enthalten, die diese Eigenschaft nicht aufweisen.
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Da bestimmte Veränderungen an dem vorstehend beschriebenen Kommunikationsprotokoll und Verfahren zur Datenübertragung vorgenommen werden können, ohne von dem Rahmen und Umfang der hierin umfassten Erfindung abzuweichen, ist es beabsichtigt, dass der gesamte Gegenstand der vorstehenden Beschreibung, oder wie er in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist, lediglich als Beispiele, die das erfindungsgemäße Konzept hierin veranschaulichen, aufgefasst werden sollte und nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden sollte.
