EP4352870A1 - Power converter with dynamic carrier frequency variation - Google Patents

Power converter with dynamic carrier frequency variation

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EP4352870A1
EP4352870A1 EP22726437.1A EP22726437A EP4352870A1 EP 4352870 A1 EP4352870 A1 EP 4352870A1 EP 22726437 A EP22726437 A EP 22726437A EP 4352870 A1 EP4352870 A1 EP 4352870A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
frequency
predetermined
control device
power converter
frequency range
Prior art date
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Pending
Application number
EP22726437.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Helge SPRENGER
Dennis BURGER
Thomas ZELTWANGER
Christian Weber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4352870A1 publication Critical patent/EP4352870A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters

Abstract

The present invention relates to the control of an electrical power converter. The power converter is controlled with a predefined modulation frequency. This modulation frequency can be variably adjusted. In particular, the modulation frequency can be varied around a basic frequency in a predefined frequency range. The frequency range, in which the modulation frequency is varied, and also the pattern, with which this variation occurs, can be adjusted.

Description

Beschreibung description
Titel title
STROMRICHTER MIT DYNAMISCHER TRÄGERFREGUENZVARIATION POWER CONVERTER WITH DYNAMIC CARRIER FREQUENCY VARIATION
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansteuervorrichtung für einen elektrischen Stromrichter sowie einen elektrischen Stromrichter mit einer solchen Ansteuervorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Stromrichters. The present invention relates to a control device for an electric power converter and an electric power converter with such a control device. The present invention also relates to a method for controlling an electrical power converter.
Stand der Technik State of the art
Zum Betrieb von Drehfeldmaschinen, wie sie beispielsweise in elektrischen Antriebssystemen für elektrisch angetriebene Fahrzeuge eingesetzt werden, kann eine sogenannte Pulsbreitenmodulation (englisch: Pulse Width Modulation, PWM) eingesetzt werden. Hierbei können pulsbreitenmodulierte Ansteuersignale den Schaltelementen eines elektrischen Stromrichters zugeführt werden, um diese Schaltelemente zu öffnen bzw. zu schließen. Durch die pulsbreitenmodulierte Ansteuerung der einzelnen Schaltelemente kann auf diese Weise eine vorgegebene Ausgangsspannung oder ein vorbestimmter Ausgangsstrom an dem Stromrichter eingestellt werden. A so-called pulse width modulation (Pulse Width Modulation, PWM) can be used to operate induction machines, such as those used, for example, in electric drive systems for electrically driven vehicles. In this case, pulse-width-modulated control signals can be fed to the switching elements of an electrical power converter in order to open or close these switching elements. In this way, a predefined output voltage or a predefined output current can be set at the converter by the pulse width modulated activation of the individual switching elements.
Die Druckschrift DE 10 2018204221 Al beschreibt ein Verfahren zur Ansteuerung eines pulsbreitenmodulierten Stromrichters. Insbesondere wird vorgeschlagen, ein PWM-Raster in zwei Teilintervalle zu unterteilen und für jedes Teilintervall des PWM-Rasters eine separate Berechnung eines Raumzeigervektors auszuführen, welcher der Ansteuerung der Schaltelemente des Stromrichters zugrunde liegt. The publication DE 10 2018204221 A1 describes a method for controlling a pulse width modulated power converter. In particular, it is proposed to subdivide a PWM raster into two sub-intervals and to carry out a separate calculation of a space vector vector for each sub-interval of the PWM raster, on which the activation of the switching elements of the power converter is based.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Die vorliegende Erfindung schafft eine Ansteuervorrichtung für einen elektrischen Stromrichter, einen elektrischen Stromrichter sowie ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektrischen Stromrichters mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Demgemäß ist vorgesehen: The present invention creates a control device for an electric power converter, an electric power converter and a method for controlling an electric power converter with the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments are the subject matter of the dependent patent claims. Accordingly, it is provided:
Eine Ansteuervorrichtung für einen elektrischen Stromrichter mit einer Signalerzeugungseinrichtung und einer Steuereinrichtung. Die Signalerzeugungseinrichtung ist dazu ausgelegt, einen Eingangsparameter zu empfangen. Ferner ist die Signalerzeugungseinrichtung dazu ausgelegt, Schaltsignale unter Verwendung des empfangenen Eingangsparameters zu erzeugen. Die erzeugten Schaltsignale können an Schaltelementen des Wechselrichters bereitgestellt werden. Die Schaltsignale weisen hierbei eine vorgegebene Modulationsfrequenz auf. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, die vorgegebene Modulationsfrequenz in der Signalerzeugungseinrichtung einzustellen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, als Modulationsfrequenz eine Frequenz einzustellen, die in einem vorbestimmten Frequenzbereich und mit einem vorbestimmten Muster um eine Grundfrequenz herum variiert. Der Frequenzbereich und/oder das Muster für die Variation der Modulationsfrequenz können einstellbar sein. A control device for an electrical power converter with a signal generating device and a control device. The signal generating device is designed to receive an input parameter. Furthermore, the signal generation device is designed to generate switching signals using the received input parameter. The generated switching signals can be provided to switching elements of the inverter. In this case, the switching signals have a predetermined modulation frequency. The control device is designed to set the specified modulation frequency in the signal generation device. In particular, the control device is designed to set a frequency as the modulation frequency that varies in a predetermined frequency range and with a predetermined pattern around a fundamental frequency. The frequency range and/or the pattern for the variation of the modulation frequency can be adjustable.
Weiterhin ist vorgesehen: Furthermore, it is provided:
Ein elektrischer Stromrichter mit einer erfindungsgemäßen Ansteuervorrichtung und mehreren Schaltelementen. Die mehreren Schaltelemente werden unter Verwendung der von der Ansteuervorrichtung generierten Schaltsignale geöffnet und geschlossen. An electrical power converter with a control device according to the invention and a plurality of switching elements. The multiple switching elements are opened and closed using the switching signals generated by the control device.
Schließlich ist vorgesehen: Finally it is provided:
Ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Stromrichters. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Einstellen einer Modulationsfrequenz. Die eingestellte Modulationsfrequenz weist eine Frequenz auf, die in einem vorbestimmten Frequenzbereich und mit einem vorbestimmten Muster um eine vorgegebene Grundfrequenz herum variiert. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt zum Generieren von Schaltsignalen für den Stromrichter. Die Schaltsignale werden insbesondere unter Verwendung der eingestellten Modulationsfrequenz und einem empfangenen Eingangsparameter generiert. A method of driving an electrical power converter. The method includes a step of setting a modulation frequency. The set modulation frequency has a frequency that varies in a predetermined frequency range and with a predetermined pattern around a predetermined fundamental frequency. The method also includes a step for generating switching signals for the power converter. The switching signals are generated in particular using the set modulation frequency and a received input parameter.
Vorteile der Erfindung Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer frequenzmodulierten Ansteuerung der Schaltelemente eines elektrischen Stromrichters, insbesondere bei einer pulsbreitenmodulierten Ansteuerung des Stromrichters, sich in Abhängigkeit der gewählten Modulationsfrequenz unterschiedliche Vor- und Nachteile ergeben können. Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer Ansteuerung des elektrischen Stromrichters mit einer konstanten Modulationsfrequenz über einen längeren Zeitraum hinweg sich diese Effekte und insbesondere die daraus resultierenden Nachteile verstärkt wahrnehmbar sind. Advantages of the Invention The present invention is based on the knowledge that with a frequency-modulated control of the switching elements of an electrical power converter, in particular with a pulse-width modulated control of the power converter, different advantages and disadvantages can arise depending on the selected modulation frequency. The present invention is also based on the finding that when the electric power converter is driven with a constant modulation frequency over a longer period of time, these effects and in particular the resulting disadvantages are more noticeable.
Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Ansteuerung für die Schaltelemente eines elektrischen Stromrichters vorzusehen, bei welchem negative Effekte, wie beispielsweise elektromagnetische Störungen, Geräuschentwicklung, Spannungsrippel in dem elektrischen System etc. abgeschwächt werden können. Hierzu ist es vorgesehen, einerseits die Grundfrequenz für die Modulation der Ansteuersignale variabel einzustellen. Darüber hinaus ist es ferner vorgesehen, die Modulationsfrequenz für die Ansteuerung der Schaltelemente in einem Stromrichter in einem vorgegebenen Frequenzbereich um die vorgegebene Grundfrequenz herum zu variieren. Dabei können sowohl der Frequenzbereich, in welchem die Modulationsfrequenz um die vorgegebene Grundfrequenz herum variiert wird, als auch das Muster oder Schema, mit welchem die Variation um die Grundfrequenz herum variiert wird, angepasst werden. Insbesondere können beispielsweise vorgegebene Rahmenbedingungen hinsichtlich Emission von elektromagnetischen Störsignalen, Geräuschentwicklung oder Spannungsrippel in dem elektrischen System berücksichtigt werden. Auf diese Weise können beispielsweise Grenzwerte oder Spezifikationen hinsichtlich elektromagnetischer Emission, Geräuschverhalten, Spannungsrippel etc. leichter eingehalten werden. Insbesondere können weitere Komponenten zur Minimierung der genannten negativen Einflüsse geringer dimensioniert werden oder ggf. sogar vollständig entfallen. It is therefore an idea of the present invention to take this knowledge into account and to provide a control for the switching elements of an electrical power converter in which negative effects such as electromagnetic interference, noise development, voltage ripples in the electrical system, etc. can be weakened. For this purpose, provision is made for the basic frequency for the modulation of the control signals to be set variably on the one hand. In addition, provision is also made for the modulation frequency for driving the switching elements in a power converter to be varied in a predefined frequency range around the predefined fundamental frequency. Both the frequency range in which the modulation frequency is varied around the specified fundamental frequency and the pattern or scheme with which the variation around the fundamental frequency is varied can be adjusted. In particular, for example, given framework conditions with regard to the emission of electromagnetic interference signals, noise development or voltage ripples in the electrical system can be taken into account. In this way, for example, limit values or specifications with regard to electromagnetic emissions, noise behavior, voltage ripples, etc. can be more easily complied with. In particular, further components for minimizing the negative influences mentioned can be dimensioned smaller or possibly even be omitted completely.
Als Modulationsfrequenz wird dabei die Frequenz angesehen, deren Periodendauer beispielsweise einem PWM-Intervall entspricht. In der Regel erfolgt hierbei in jedem Schaltelement des Spannungswandlers ein Schaltvorgang zum Öffnen des Schaltelements und ein Schaltvorgang zum Schließen des Schaltelements. Gegebenenfalls können durch gezieltes Verschieben der Einschaltzeitintervalle und/oder Ausschaltzeitintervalle zwei aufeinanderfolgende Ein- oder Ausschaltvorgängen zusammengefasst werden.In this case, the frequency whose period duration corresponds, for example, to a PWM interval is regarded as the modulation frequency. As a rule, a switching process for opening the switching element and a switching process for closing the switching element take place in each switching element of the voltage converter. If necessary, by deliberately shifting the switch-on time intervals and/or switch-off time intervals two consecutive switch-on or switch-off processes can be combined.
In diesem Fall ergibt sich für die Schaltvorgänge des entsprechenden Schaltelements eine Schaltfrequenz, welche halb so groß ist wie die Modulationsfrequenz. Andernfalls entspricht die Schaltfrequenz der Schaltelemente in dem Spannungswandler der Modulationsfrequenz. In this case, the switching operations of the corresponding switching element result in a switching frequency which is half the modulation frequency. Otherwise, the switching frequency of the switching elements in the voltage converter corresponds to the modulation frequency.
Durch das dynamische Anpassen der Modulationsfrequenz und insbesondere die gezielte Variation der Modulationsfrequenz innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches und mit gezielt ausgewählten Variationsmustern ist es somit möglich, je nach Betriebszustand des Stromrichters die Einstellungen so anzupassen, dass die erforderlichen Vorgaben und Spezifikationen eingehalten werden können. Da gerade für unterschiedliche Betriebszustände auch unterschiedliche Eigenschaften wie elektromagnetische Emissionen, Geräuschentwicklung, Spannungsrippel jeweils besonders kritisch sind, kann die Einstellung der Modulationsfrequenz und insbesondere des Frequenzbereichs sowie des Variationsmusters für den jeweiligen Betriebszustand so gewählt werden, dass besonders der jeweils kritische Parameter minimiert wird. Auf diese Weise können zusätzliche Komponenten, wie beispielsweise die Dimensionierung eines Zwischenkreiskondensators in dem Spannungswandler, elektromagnetische Filter zur Reduktion der elektromagnetischen Störung etc. geringer dimensioniert werden. Auf diese Weise kann sowohl der Bauraum reduziert werden, als auch die erforderlichen Kosten für die Produktion des gesamten Systems gesenkt werden. By dynamically adapting the modulation frequency and in particular the targeted variation of the modulation frequency within a specified frequency range and with specifically selected variation patterns, it is thus possible to adapt the settings depending on the operating state of the power converter so that the required requirements and specifications can be met. Since different properties such as electromagnetic emissions, noise development, voltage ripples are particularly critical for different operating states, the setting of the modulation frequency and in particular the frequency range and the variation pattern for the respective operating state can be selected in such a way that the critical parameter in particular is minimized. In this way, additional components, such as the dimensioning of an intermediate circuit capacitor in the voltage converter, electromagnetic filters for reducing electromagnetic interference, etc., can be dimensioned smaller. In this way, both the installation space can be reduced and the costs required for the production of the entire system can be lowered.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung der Ansteuervorrichtung dazu ausgelegt, die Grundfrequenz innerhalb eines vorgegebenen Bereichs für die Grundfrequenz einzustellen. Insbesondere kann die Steuereinrichtung je nach Betriebszustand des Stromrichters und/oder des gesamten Systems mit dem Stromrichter, wie zum Beispiel einem elektrischen Antriebssystem, die Grundfrequenz für die Modulation der Steuersignale anpassen. Zum Beispiel kann bei einem elektrischen Antriebssystem die Grundfrequenz für die Modulation in Abhängigkeit der Drehfrequenz einer elektrischen Maschine und/oder weiterer Betriebsparameter angepasst werden. Beispielsweise ist eine Variation der Modulationsfrequenz für den elektrischen Stromrichter in einem solchen System in einem Bereich zwischen 2 kHz und 20 kHz möglich. Je nach Anwendungsfall und verwendeten Komponenten können jedoch auch beliebige andere Regelbereiche für die Wahl der Grundfrequenz gewählt werden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, den vorbestimmten Frequenzbereich für die Variation der Modulationsfrequenz um die Grundfrequenz herum in Abhängigkeit der eingestellten Grundfrequenz anzupassen. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinrichtung auch das vorbestimmte Muster für die Variation der Modulationsfrequenz in Abhängigkeit der eingestellten Grundfrequenz anpassen. Da sich je nach gewählter Grundfrequenz für den elektrischen Stromrichter und die angeschlossenen Komponenten unterschiedliche Auswirkungen und Störeinflüsse ergeben, kann durch die Anpassung des Frequenzbereichs in dem die Modulationsfrequenz variiert wird sowie das verwendete Muster für die Variation der Modulationsfrequenz, jeweils gezielt auf einen oder mehrere dieser Effekte Einfluss genommen werden. Ist für eine gewählte Grundfrequenz beispielsweise mit einer besonders starken elektromagnetischen Beeinflussung zu rechnen, so kann der Frequenzbereich sowie das Muster für die Variation der Modulationsfrequenz derart gewählt werden, dass besonders die elektromagnetischen Beeinflussungen minimiert werden. According to one specific embodiment, the control device of the control device is designed to set the fundamental frequency within a predefined range for the fundamental frequency. In particular, depending on the operating state of the power converter and/or the entire system with the power converter, such as an electric drive system, the control device can adapt the fundamental frequency for the modulation of the control signals. For example, in an electric drive system, the basic frequency for the modulation can be adjusted as a function of the rotational frequency of an electric machine and/or other operating parameters. For example, a variation of the modulation frequency for the electric power converter in such a system is possible in a range between 2 kHz and 20 kHz. However, depending on the application and the components used, any other control ranges can also be selected for the selection of the basic frequency. According to one embodiment, the control device is designed to adapt the predetermined frequency range for the variation of the modulation frequency around the fundamental frequency as a function of the fundamental frequency set. In addition or as an alternative, the control device can also adapt the predetermined pattern for the variation of the modulation frequency as a function of the set fundamental frequency. Since there are different effects and interferences depending on the fundamental frequency selected for the electric power converter and the connected components, it is possible to target one or more of these effects by adjusting the frequency range in which the modulation frequency is varied and the pattern used for the variation of the modulation frequency be influenced. If, for example, a particularly strong electromagnetic influence is to be expected for a selected basic frequency, the frequency range and the pattern for the variation of the modulation frequency can be selected in such a way that the electromagnetic influences in particular are minimized.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das vorbestimmte Muster, mit welchem die Modulationsfrequenz um die Grundfrequenz herum variiert werden kann, mehrere vorgegebene Frequenzen. Die mehreren Frequenzen können innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs liegen. Hierbei kann zwischen den mehreren vorgegebenen Frequenzen zufällig, pseudo-zufällig oder gemäß einer beliebigen anderen, geeigneten Vorschrift gewechselt werden. Insbesondere kann der Wechsel zwischen den einzelnen vorgegebenen Frequenzen gemäß einer vorgegebenen statistischen Verteilung erfolgen. Zum Beispiel kann der Wechsel zwischen den einzelnen Frequenzen gleichverteilt sein. Auch weitere statistische Verteilungen, wie zum Beispiel eine Gauß-Verteilung oder Ähnliches sind ebenso möglich. Beispielsweise können mehrere Frequenzen innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs ausgewählt werden, welche äquidistant innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs verteilt sind. Hierbei kann grundsätzlich eine beliebige Anzahl von mehreren vorgegebenen Frequenzen innerhalb des Frequenzbereichs ausgewählt werden. In einem einfachen Beispiel können beispielsweise zwei Frequenzen, zum Beispiel die beiden Frequenzen am Rande des Frequenzbereichs um die Grundfrequenz herum ausgewählt werden. Bei beispielsweise drei Frequenzen können die beiden äußeren Frequenzen des Frequenzbereichs sowie die Grundfrequenz selbst ausgewählt werden. Darüber hinaus können selbstverständlich auch vier oder mehr Frequenzen innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs ausgewählt werden, welche gemäß einer vorgegebenen Vorschrift ausgewählt werden, um die jeweilige Modulationsfrequenz zu bestimmen und einzustellen. According to one embodiment, the predetermined pattern with which the modulation frequency can be varied around the fundamental frequency comprises a plurality of predetermined frequencies. The multiple frequencies may be within the specified frequency range. In this case, it is possible to switch between the several predefined frequencies randomly, pseudo-randomly or according to any other suitable rule. In particular, the change between the individual specified frequencies can take place according to a specified statistical distribution. For example, the change between the individual frequencies can be equally distributed. Other statistical distributions, such as a Gaussian distribution or the like, are also possible. For example, multiple frequencies can be selected within the specified frequency range, which are distributed equidistantly within the specified frequency range. In principle, any number of several predefined frequencies can be selected within the frequency range. In a simple example, two frequencies, for example the two frequencies at the edge of the frequency range around the fundamental frequency, can be selected. With three frequencies, for example, the two outer frequencies of the frequency range and the fundamental frequency itself can be selected. In addition, four or more frequencies can of course also be selected within the specified frequency range, which are selected according to a predetermined rule in order to determine and adjust the respective modulation frequency.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, den vorbestimmten Frequenzbereich in Abhängigkeit von durch den Stromrichter oder an den Stromrichter angeschlossenen Komponenten hervorgerufene elektromagnetische Störungen anzupassen. Zusätzlich oder alternativ kann auch das vorbestimmte Muster, mit dem die Frequenzen innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs variiert werden, in Abhängigkeit von den hervorgerufenen oder erwarteten elektromagnetischen Störungen angepasst werden. Ist beispielsweise bei einer eingestellten Grundfrequenz oder einer bestimmten Betriebsart eines Systems mit dem Stromrichter eine besonders starke elektromagnetische Störung zu erwarten, so kann durch entsprechende Anpassung (z.B. Aufweitung) des Frequenzbereichs und/oder des Musters für den Wechsel innerhalb des Frequenzbereichs dem Auftreten bzw. der Intensität sowie dem Frequenzspektrum von elektromagnetischen Störungen entgegengewirkt werden. Auf diese Weise kann die elektromagnetische Verträglichkeit des Gesamtsystems erhöht werden. Insbesondere können beispielsweise auch Filtervorrichtungen zur Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen geringer dimensioniert werden, wenn bereits durch eine entsprechende Einstellung des Frequenzbereichs und/oder des Musters für den Wechsel der Modulationsfrequenz die Entstehung von elektromagnetischen Störungen reduziert werden kann. According to one embodiment, the control device is designed to adapt the predetermined frequency range as a function of electromagnetic interference caused by the power converter or components connected to the power converter. In addition or as an alternative, the predetermined pattern with which the frequencies are varied within the predetermined frequency range can also be adapted as a function of the electromagnetic interference caused or expected. If, for example, a particularly strong electromagnetic interference is to be expected at a set fundamental frequency or a certain operating mode of a system with the power converter, the occurrence or the Intensity and the frequency spectrum of electromagnetic interference can be counteracted. In this way, the electromagnetic compatibility of the overall system can be increased. In particular, for example, filter devices for suppressing electromagnetic interference can also be dimensioned smaller if the occurrence of electromagnetic interference can already be reduced by appropriate adjustment of the frequency range and/or the pattern for changing the modulation frequency.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, den vorbestimmten Frequenzbereich in Abhängigkeit von einer Geräuschentwicklung des Stromrichters und/oder einer durch den Stromrichter angesteuerten Komponente anzupassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Muster für den Wechsel der Modulationsfrequenz innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs von einer prognostizierten oder gemessenen Geräuschentwicklung abhängig angepasst werden. Durch die Variation der Modulationsfrequenz erfolgt die Ansteuerung der Schaltelemente in dem Stromrichter nicht kontinuierlich bei einer festen Frequenz. Entsprechend kann eine Variation der Modulationsfrequenz innerhalb eines Frequenzbereichs, insbesondere bei einem hierfür besonders geeigneten Muster einer von einem Benutzer als störend wahrgenommenen Geräuschentwicklung entgegenwirken.According to one embodiment, the control device is designed to adapt the predetermined frequency range as a function of the noise generated by the power converter and/or a component controlled by the power converter. Additionally or alternatively, the pattern for changing the modulation frequency within the specified frequency range can be adapted as a function of a predicted or measured noise development. Due to the variation in the modulation frequency, the switching elements in the power converter are not driven continuously at a fixed frequency. Correspondingly, a variation of the modulation frequency within a frequency range, in particular in the case of a pattern that is particularly suitable for this purpose, can counteract a noise development perceived as annoying by a user.
Da insbesondere bei unterschiedlichen Grundfrequenzen die Entstehung von Geräuschen und auch die subjektive Wahrnehmung durch einen Benutzer unterschiedlich ausfallen kann, kann abhängig von der Grundfrequenz beispielsweise der Frequenzbereich und/oder das Muster für die Variation der Modulationsfrequenz angepasst werden. Darüber hinaus können auch weitere Parameter, wie beispielsweise ein Betriebszustand des Stromrichters oder Ähnliches für das Einstellen des Frequenzbereichs oder des Musters zur Variation der Modulationsfrequenz angepasst werden. Beispielsweise kann bei einem Elektrofahrzeug, welches im Antriebssystem einen entsprechenden Stromrichter umfasst, bei langsamer Fahrt die Geräuschentwicklung bewusst angehoben werden, um die Aufmerksamkeit von Passanten in der Umgebung des Elektrofahrzeugs zu erhöhen. Since, in particular with different fundamental frequencies, the generation of noise and also the subjective perception by a user can vary, for example, the frequency range and/or the pattern for the variation of the modulation frequency can be adjusted depending on the fundamental frequency. In addition, other parameters, such as an operating state of the power converter or the like, can also be adjusted for setting the frequency range or the pattern for varying the modulation frequency. For example, in an electric vehicle which includes a corresponding power converter in the drive system, the noise development can be deliberately increased when driving slowly in order to increase the attention of passers-by in the vicinity of the electric vehicle.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, den vorbestimmten Frequenzbereich in Abhängigkeit eines Spannungsrippeis im Zwischenkreis des Stromrichters einzustellen. Zusätzlich oder alternativ kann auch das Muster für die Variation der Modulationsfrequenz innerhalb des Frequenzbereichs in Abhängigkeit des Spannungsrippeis im Zwischenkreis des Stromrichters angepasst werden. Auf diese Weise kann insbesondere bei Betriebszuständen, welche erhöhte Spannungsrippel hervorrufen können, durch eine entsprechende Variation der Modulationsfrequenz innerhalb eines geeigneten Frequenzbereiches und mit einem passenden Muster die Intensität von Spannungsrippein verringert werden. Auf diese Weise können zusätzliche Maßnahmen zum Schutz des Zwischenkreiskondensators und weiterer Komponenten ggf. entfallen oder zumindest geringer dimensioniert werden. Da das Spannungsrippel auch einen Einfluss auf die Geräuschentwicklung beim Betrieb des Systems haben kann, ist es auch möglich durch gezielte Anpassung des Spannungsrippeis auch die Geräuschentwicklung zu optimieren. According to one embodiment, the control device is designed to set the predetermined frequency range as a function of a voltage ripple in the intermediate circuit of the power converter. In addition or as an alternative, the pattern for the variation of the modulation frequency within the frequency range can also be adapted as a function of the voltage ripple in the intermediate circuit of the power converter. In this way, the intensity of voltage ripples can be reduced by a corresponding variation of the modulation frequency within a suitable frequency range and with a suitable pattern, particularly in operating states which can cause increased voltage ripples. In this way, additional measures to protect the intermediate circuit capacitor and other components can possibly be omitted or at least be dimensioned smaller. Since the voltage ripple can also have an influence on the noise development during operation of the system, it is also possible to optimize the noise development through targeted adjustment of the voltage ripple.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, den vorbestimmten Frequenzbereich in Abhängigkeit eines elektrischen Stroms in dem Zwischenkreis des Stromrichters einzustellen. Zusätzlich oder alternativ kann auch das vorbestimmte Muster für die Variation der Modulationsfrequenz in dem vorbestimmten Frequenzbereich in Abhängigkeit eines elektrischen Stroms in dem Zwischenkreis angepasst werden. Der elektrische Strom kann beispielsweise messtechnisch erfasst oder ggf. auch berechnet werden. Auch ein Einstellen des Frequenzbereichs und/oder des Musters für die Variation der Modulationsfrequenz in Abhängigkeit von vorgegebenen Sollwerten ist ebenfalls möglich. Neben der Anpassung des vorbestimmten Frequenzbereichs oder des Musters für die Variation der Modulationsfrequenz können diese Parameter auch in Abhängigkeit von weiteren Faktoren, wie beispielsweise einem in einem elektrischen Antriebssystem einzustellenden Drehmoment oder einer Drehzahl angepasst werden. Auch in diesem Fall können sensorisch erfasste Werte, prognostizierte Werte oder Sollwerte als Grundlage für die Anpassung des Frequenzbereichs und/oder des Musters genutzt werden. According to one embodiment, the control device is designed to set the predetermined frequency range as a function of an electrical current in the intermediate circuit of the power converter. In addition or as an alternative, the predetermined pattern for the variation of the modulation frequency in the predetermined frequency range can also be adapted as a function of an electrical current in the intermediate circuit. The electrical current can, for example, be measured or, if necessary, also be calculated. It is also possible to set the frequency range and/or the pattern for the variation of the modulation frequency as a function of specified target values. In addition to adjusting the predetermined frequency range or pattern for varying the modulation frequency, these parameters can also be adjusted depending on other factors, such as a torque to be set in an electric drive system or a speed. In this case too, sensor-detected values, predicted values or target values can be used as a basis for adjusting the frequency range and/or the pattern.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen. The above configurations and developments can be combined with one another as desired, insofar as this makes sense. Further refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic forms of the invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen: Further features and advantages of the invention are explained below with reference to the figures. show:
Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Blockschaubilds eines elektrischen Antriebssystems mit einem Stromrichter, der eine Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform umfasst; 1 shows a schematic representation of a block diagram of an electric drive system with a power converter, which includes a control device according to an embodiment;
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Zeitdiagramms zurFig. 2: a schematic representation of a timing diagram for
Veranschaulichung der Variation der Modulationsfrequenz gemäß einer Ausführungsform; Illustrating variation of modulation frequency according to an embodiment;
Fig. 3: eine schematische Darstellung eines Diagramms zurFig. 3: a schematic representation of a diagram for
Veranschaulichung der Variation der Modulationsfrequenz in Abhängigkeit einer Grundfrequenz gemäß einer Ausführungsform; und Illustration of the variation of the modulation frequency depending on a fundamental frequency according to an embodiment; and
Fig. 4: ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zur Ansteuerung eines Stromrichters gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. 4: a flowchart on how a method for controlling a power converter according to an embodiment is based.
Beschreibung von Ausführungsformen Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaubilds eines elektrischen Antriebssystems mit einem elektrischen Stromrichter 1. Bei dem Stromrichter 1 kann es sich beispielsweise um einen Wechselrichter handeln, welcher eine Eingangsgleichspannung in eine ein- oder mehrphasige elektrische Wechselspannung konvertiert und diese am Ausgang bereitstellt. Am Eingang des Stromrichters 1 kann beispielsweise eine Gleichspannungsquelle 2, wie zum Beispiel eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs oder Ähnliches angeschlossen sein. Am Ausgang des Stromrichters 1 kann zum Beispiel eine elektrische Maschine 3 angeschlossen werden. Die in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigte Ausführungsform mit einer dreiphasigen elektrischen Maschine 3 dient nur als Beispiel zur Erläuterung des Grundprinzips und stellt keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar. Darüber hinaus kann auch eine elektrische Maschine 3 mit einer beliebigen, von drei abweichenden, Anzahl von elektrischen Phasen an einen entsprechenden Stromrichter 1 angeschlossen werden. Grundsätzlich sind auch neben einem Wechselrichter beliebige andere elektrische Stromrichter 1, beispielsweise ein Gleichspannungswandler oder Ähnliches möglich. Description of Embodiments FIG. 1 shows a schematic representation of a block diagram of an electric drive system with an electric power converter 1. The power converter 1 can be an inverter, for example, which converts an input DC voltage into a single-phase or multi-phase electric AC voltage and makes this available at the output. A DC voltage source 2, for example a traction battery of an electric vehicle or the like, can be connected to the input of the converter 1, for example. For example, an electrical machine 3 can be connected to the output of the power converter 1 . The embodiment shown in the embodiment shown here with a three-phase electrical machine 3 serves only as an example to explain the basic principle and does not represent a limitation of the present invention. In addition, an electrical machine 3 with any number of electrical Phases are connected to a corresponding converter 1. Basically, in addition to an inverter, any other electrical power converter 1, for example a DC voltage converter or the like, is also possible.
Im Gleichspannungszwischenkreis des Stromrichters 1 kann zum Beispiel ein Zwischenkreiskondensator C vorgesehen sein. Weiterhin kann der Stromrichter 1 mehrere Schaltelemente Ml bis M6 umfassen. Im Falle eines dreiphasigen Wechselrichters können beispielsweise drei Halbbrücken mit jeweils zwei Schaltelementen Mi zu einer sogenannten B6-Brücke zusammengefasst werden.An intermediate circuit capacitor C, for example, can be provided in the DC voltage intermediate circuit of the converter 1 . Furthermore, the power converter 1 can include a plurality of switching elements M1 to M6. In the case of a three-phase inverter, for example, three half-bridges, each with two switching elements Mi, can be combined to form a so-called B6 bridge.
Da das Grundprinzip von elektrischen Stromrichtern, insbesondere von ein- oder mehrphasigen Wechselrichtern bekannt ist, wird dies hier nicht näher erläutert. Since the basic principle of electrical power converters, in particular single-phase or multi-phase inverters, is known, it will not be explained in more detail here.
Während des Betriebs des Stromrichters 1 können die Schaltelemente Mi des Stromrichters 1 beispielsweise jeweils mit einer vorgegebenen Modulationsfrequenz angesteuert werden. Beispielsweise kann zur Ansteuerung der einzelnen Schaltelemente Mi eine pulsbreitenmodulierte (englisch Pulse Width Modulation, PWM) Modulation eingesetzt werden. Hierbei entspricht die Periodendauer der Modulationsfrequenz einer PWM-Periode. During the operation of the power converter 1, the switching elements Mi of the power converter 1 can be controlled, for example, each with a predetermined modulation frequency. For example, a pulse width modulation (PWM) modulation can be used to drive the individual switching elements Mi. In this case, the period duration of the modulation frequency corresponds to a PWM period.
Zur Ansteuerung der einzelnen Schaltelemente Mi des Stromrichters 1 ist eine Steuervorrichtung 10 vorgesehen. Diese Steuervorrichtung 10 kann beispielsweise einen oder mehrere Sollwerte S empfangen. Auf Grundlage dieser Sollwerte S kann die Steuervorrichtung 10 für jedes der Schaltelemente Mi ein pulsbreitenmoduliertes Ansteuersignal generieren und an dem jeweiligen Schaltelement Mi bereitstellen. A control device 10 is provided for controlling the individual switching elements Mi of the power converter 1 . This control device 10 can receive one or more target values S, for example. On the basis of these target values S, the control device 10 for each of the switching elements Mi generate a pulse width modulated drive signal and provide it to the respective switching element Mi.
Für das Erzeugen der Ansteuersignale kann die zugrundeliegende Modulationsfrequenz variiert werden. Hierzu kann zunächst eine Grundfrequenz vorgegeben oder ermittelt werden. Für elektrische Stromrichter in elektrischen Antriebssystemen kann die Grundfrequenz beispielsweise im Bereich zwischen 2 kHz und 20 kHz variieren. Beispielsweise kann die Grundfrequenz in Abhängigkeit von der Drehzahl der elektrischen Maschine 3, welche an den Stromrichter 1 angeschlossen ist, eingestellt werden. Zum Beispiel kann bei niedrigen Drehfrequenzen eine erste Grundfrequenz vorgegeben werden, und bei höheren Drehfrequenzen eine davon abweichende weitere Grundfrequenz gewählt werden. Darüber hinaus sind grundsätzlich auch beliebige andere Vorgaben zur Auswahl und Einstellung der Grundfrequenz für die Modulation der Ansteuersignale zur Ansteuerung der Schaltelemente Mi möglich. The underlying modulation frequency can be varied to generate the drive signals. For this purpose, a basic frequency can first be specified or determined. For electrical power converters in electrical drive systems, the fundamental frequency can vary in the range between 2 kHz and 20 kHz, for example. For example, the fundamental frequency can be set as a function of the speed of the electrical machine 3 which is connected to the power converter 1 . For example, a first fundamental frequency can be specified at low rotational frequencies, and a further fundamental frequency that deviates from this can be selected at higher rotational frequencies. In addition, any other specifications for the selection and setting of the basic frequency for the modulation of the control signals for controlling the switching elements Mi are also fundamentally possible.
Nachdem eine Grundfrequenz für die Modulation der Ansteuersignale empfangen oder ermittelt worden ist, kann die Steuervorrichtung 10 die Steuersignale für die einzelnen Schaltelemente Mi unter Verwendung dieser Grundfrequenz generieren. Hierbei kann jedoch die Modulationsfrequenz für das Erzeugen der Ansteuersignale in einem vorgegebenen Frequenzbereich um die Grundfrequenz herum variiert werden. Auf diese Weise erfolgt die Modulation der Ansteuersignale für die Schaltelemente Mi nicht kontinuierlich mit einer konstanten, festen Modulationsfrequenz, sondern wird innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs um die Grundfrequenz herum gemäß einer vorgegebenen Vorschrift variiert. After a fundamental frequency for the modulation of the control signals has been received or determined, the control device 10 can generate the control signals for the individual switching elements Mi using this fundamental frequency. In this case, however, the modulation frequency for generating the drive signals can be varied in a predetermined frequency range around the fundamental frequency. In this way, the control signals for the switching elements Mi are not modulated continuously with a constant, fixed modulation frequency, but are varied within the specified frequency range around the fundamental frequency in accordance with a specified specification.
Die Ansteuervorrichtung 10 kann beispielsweise eine Steuereinrichtung 12 umfassen, welche die Modulationsfrequenz für das Erzeugen der Ansteuersignale zur Ansteuerung der Schaltelemente Mi entsprechend einstellt. Hierzu kann beispielsweise an der Steuereinrichtung 12 zunächst eine Grundfrequenz vorgegeben werden. Die Grundfrequenz kann zum Beispiel von einer übergeordneten Vorrichtung an der Steuereinrichtung 12 bereitgestellt werden. Alternativ ist es auch möglich, dass die Steuereinrichtung 12 die Grundfrequenz gemäß einer vorgegebenen Vorschrift selbst ermittelt. The control device 10 can, for example, comprise a control device 12, which sets the modulation frequency for generating the control signals for controlling the switching elements Mi accordingly. For this purpose, for example, a basic frequency can first be specified on the control device 12 . The fundamental frequency can be provided by a higher-level device on the control device 12, for example. Alternatively, it is also possible for the control device 12 to determine the basic frequency itself in accordance with a specified rule.
Ausgehend von der vorgegebenen Grundfrequenz kann die Steuereinrichtung 12 daraufhin eine Modulationsfrequenz bestimmen und die Modulationsfrequenz an der Signalerzeugungseinrichtung 11 bereitstellen. Die Signalerzeugungseinrichtung 11 kann daraufhin für die einzelnen Schaltelemente Mi des Stromrichters 1 entsprechend der Modulationsfrequenz von der Steuereinrichtung 12 jeweils Ansteuersignale für die einzelnen Schaltelemente Mi generieren und an den Schaltelementen Mi bereitstellen. Hierzu kann an der Signalerzeugungseinrichtung 11 zum Beispiel ein Sollwert oder mehrere Sollwerte vorgegeben werden. Ausgehend von dem Sollwert und der Modulationsfrequenz kann die Signalerzeugungseinrichtung 11 beispielsweise pulsbreitenmodulierte Ansteuersignale für die einzelnen Schaltelemente Mi generieren und an den Schaltelementen Mi bereitstellen. Die Periodendauer des Rasters für die pulsbreitenmodulierte Ansteuerung entspricht dabei der Periodendauer der von der Steuereinrichtung 12 bereitgestellten Modulationsfrequenz. Based on the specified fundamental frequency, the control device 12 can then determine a modulation frequency and provide the modulation frequency to the signal generating device 11 . the Signal generating device 11 can then generate control signals for the individual switching elements Mi for the individual switching elements Mi of the power converter 1 according to the modulation frequency of the control device 12 and provide them to the switching elements Mi. For this purpose, for example, a desired value or several desired values can be specified at the signal generating device 11 . Based on the desired value and the modulation frequency, the signal generating device 11 can, for example, generate pulse width modulated drive signals for the individual switching elements Mi and provide them to the switching elements Mi. The period of the grid for the pulse width modulated control corresponds to the period of the modulation frequency provided by the control device 12 .
Die Steuereinrichtung 12 kann die Modulationsfrequenz auf Grundlage der vorgegebenen Grundfrequenz innerhalb eines Frequenzbereiches variieren.The control device 12 can vary the modulation frequency on the basis of the predetermined fundamental frequency within a frequency range.
Somit wird an der Signalerzeugungseinrichtung 11 keine konstante Modulationsfrequenz bereitgestellt, sondern die Modulationsfrequenz wird durch die Steuereinrichtung 12 innerhalb vorgegebener Grenzen variiert. Der Frequenzbereich innerhalb dessen die Modulationsfrequenz um die Grundfrequenz herum variiert wird, sowie auch das Muster, mit welchem die Modulationsfrequenz um die Grundfrequenz herum variiert wird, können dabei angepasst werden. Insbesondere können der Frequenzbereich sowie das Muster für die Variation der Modulationsfrequenz in Abhängigkeit von weiteren Parametern, wie beispielsweise Betriebszustand des Antriebssystems, insbesondere des Stromrichters 1 oder weiterer Komponenten in Zusammenhang mit dem Stromrichter 1, sensorisch erfasster Werte, vorgegebener Sollwerte oder berechneter Parameter angepasst werden. Insbesondere können zum Beispiel weitere Rahmenbedingungen, wie Spezifikationen, Grenzwerte etc. für den Stromrichter 1 sowie an den Stromrichter 1 angeschlossene Komponenten mitberücksichtigt werden. Auf diese Weise kann zum Beispiel der Frequenzbereich und/oder das Muster für die Variation der Modulationsfrequenz angepasst werden, um Störsignale, wie beispielsweise elektromagnetische Beeinflussungen, zu minimieren, die Geräuschentwicklung innerhalb des Stromrichters oder an den Stromrichter angeschlossener Komponenten zu beeinflussen, oder auch Spannungsverläufe, beispielsweise Spannungsrippel im Zwischenkreis des Stromrichters 1, zu begrenzen. Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des Verlaufs eines Ansteuersignals für die Ansteuerung eines Schaltelements Mi eines elektrischen Stromrichters 1.Thus, no constant modulation frequency is provided at the signal generating device 11, but the modulation frequency is varied by the control device 12 within predetermined limits. The frequency range within which the modulation frequency is varied around the fundamental frequency, as well as the pattern with which the modulation frequency is varied around the fundamental frequency, can be adjusted. In particular, the frequency range and the pattern for the variation of the modulation frequency can be adjusted depending on other parameters, such as the operating state of the drive system, in particular the power converter 1 or other components in connection with the power converter 1, sensor-detected values, specified setpoints or calculated parameters. In particular, for example, other framework conditions such as specifications, limit values, etc. for the power converter 1 and components connected to the power converter 1 can also be taken into account. In this way, for example, the frequency range and/or the pattern for the variation of the modulation frequency can be adjusted in order to minimize interference signals, such as electromagnetic interference, to influence the noise development within the converter or components connected to the converter, or also voltage curves, For example, to limit voltage ripples in the intermediate circuit of the converter 1. Figure 2 shows a schematic representation of the profile of a control signal for controlling a switching element Mi of an electrical power converter 1.
Wie hierbei zu erkennen ist, wird das Schaltelement Mi innerhalb jedes Zeitrasters jeweils einmal ein- und ausgeschaltet. Die Dauer der einzelnen Zeitraster t_i sind hierbei jedoch nicht alle gleich groß. Vielmehr können die einzelnen Zeitraster oder PWM- Raster in ihrer Zeitdauer innerhalb vorgegebener Grenzen variieren. Die Zeitdauer eines PWM- Rasters entspricht dabei der Periodendauer der zugrundeliegenden Modulationsfrequenz. Somit variiert die Breite tj eines PWM- Rasters mit der Variation der zugrundeliegenden Modulationsfrequenz. As can be seen here, the switching element Mi is switched on and off once within each time frame. However, the durations of the individual time frames t_i are not all the same. Rather, the duration of the individual time grids or PWM grids can vary within predetermined limits. The duration of a PWM raster corresponds to the period duration of the underlying modulation frequency. Thus, the width tj of a PWM raster varies with the variation of the underlying modulation frequency.
Wie zuvor bereits ausgeführt, können der Frequenzbereich, innerhalb dessen die Modulationsfrequenz variiert wird und das Muster, mit dem die Modulationsfrequenz innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs variiert wird, verändert werden. Beispielsweise kann der Frequenzbereich, innerhalb dessen die Modulationsfrequenz variiert wird, in Abhängigkeit von der zugrundeliegenden Grundfrequenz spezifiziert werden. Zum Beispiel kann der Frequenzbereich, innerhalb dessen die Modulationsfrequenz um die Grundfrequenz herum variiert wird, als Bruchteil der zugrundeliegenden Grundfrequenz charakterisiert werden. Zum Beispiel kann die Modulationsfrequenz in einem Bereich von 20 % der Grundfrequenz um die Grundfrequenz herum variiert werden. Dieser relative Frequenzbereich, in dem die Modulationsfrequenz um die Grundfrequenz herum variiert werden kann, kann insbesondere von weiteren Parametern abhängig gemacht werden. Zum Beispiel kann in Abhängigkeit von einem oder mehreren weiteren Parametern der Frequenzbereich zwischen 0 und 20 % der Grundfrequenz um die Grundfrequenz herum variiert werden. Zum Beispiel kann ebenso der Frequenzbereich in Abhängigkeit von der vorgegebenen Grundfrequenz angepasst werden. Hierzu kann eine beliebige Funktion spezifiziert werden, welche als Eingangswert die zugrundeliegende Grundfrequenz und als Ausgangswert den absoluten oder relativen Frequenzbereich für die Modulationsfrequenz liefert. Darüber hinaus ist es auch möglich, beispielsweise die Korrespondenz zwischen vorgegebener Grundfrequenz und Frequenzbereich in Form einer zuvor abgespeicherten Tabelle, beispielsweise einem Lookup Table oder Ähnlichem zu spezifizieren. As already explained above, the frequency range within which the modulation frequency is varied and the pattern with which the modulation frequency is varied within the predetermined frequency range can be changed. For example, the frequency range within which the modulation frequency is varied can be specified as a function of the fundamental frequency on which it is based. For example, the frequency range over which the modulation frequency is varied around the fundamental frequency can be characterized as a fraction of the underlying fundamental frequency. For example, the modulation frequency can be varied in a range of 20% of the fundamental frequency around the fundamental frequency. This relative frequency range, in which the modulation frequency can be varied around the basic frequency, can be made dependent on other parameters in particular. For example, depending on one or more other parameters, the frequency range can be varied between 0 and 20% of the fundamental frequency around the fundamental frequency. For example, the frequency range can also be adjusted depending on the given fundamental frequency. Any function can be specified for this purpose, which supplies the basic frequency as an input value and the absolute or relative frequency range for the modulation frequency as an output value. In addition, it is also possible, for example, to specify the correspondence between the specified basic frequency and the frequency range in the form of a previously stored table, for example a lookup table or the like.
Da beispielsweise auch die von dem Stromrichter 1 und den an den Stromrichter 1 angeschlossenen Komponenten ausgehenden Störsignale, wie zum Beispiel elektromagnetische Emissionen in Abhängigkeit von der Modulationsfrequenz und somit der Grundfrequenz schwanken können, kann beispielsweise durch eine dynamische Anpassung des Frequenzbereichs oder des nachfolgend noch näher erläuterten Musters für den Wechsel der Modulationsfrequenz innerhalb des Frequenzbereichs, Einfluss auf die emittierten Störsignale und somit die elektromagnetische Beeinflussung genommen werden. Insbesondere kann zum Beispiel bei besonders kritischen Grund- bzw. Modulationsfrequenzen der Frequenzbereich und/oder das Muster für die Variation der Modulationsfrequenz angepasst werden, um die entstehenden Störsignale zu minimieren. Hierbei können zum Beispiel bewusst auch negative Einflüsse anderer Faktoren, wie zum Beispiel Geräuschentwicklung oder Ähnliches in Kauf genommen werden. Since, for example, the interference signals emanating from the converter 1 and the components connected to the converter 1, such as, for example electromagnetic emissions can fluctuate depending on the modulation frequency and thus the fundamental frequency, the emitted interference signals and thus the electromagnetic influence can be influenced, for example, by dynamic adjustment of the frequency range or the pattern for changing the modulation frequency within the frequency range, which is explained in more detail below . In particular, the frequency range and/or the pattern for the variation of the modulation frequency can be adapted, for example, in the case of particularly critical fundamental or modulation frequencies, in order to minimize the interference signals that arise. Here, for example, negative influences from other factors, such as noise development or the like, can also be deliberately accepted.
Neben der beschriebenen Beeinflussung der Emission von Störsignalen ist es darüber hinaus beispielsweise auch möglich, durch die gezielte Anpassung des Frequenzbereichs und/oder des Musters für die Variation der Modulationsfrequenz Einfluss auf die Geräuschemission zu nehmen. In addition to influencing the emission of interference signals as described, it is also possible, for example, to influence the noise emission by specifically adapting the frequency range and/or the pattern for the variation of the modulation frequency.
Beispielsweise können Störgeräusche, welche zum Beispiel durch die Schaltelemente Mi des Spannungswandlers 1 oder an den Spannungswandler 1 angeschlossener Komponenten wie zum Beispiel eine elektrische Maschine oder Ähnliches, hervorgerufen werden, durch Anpassen der Variation der Modulationsfrequenz beeinflusst werden. Zum Beispiel kann bei Grundfrequenzen, welche in einem für einen Menschen besonders sensiblen Frequenzbereich liegen, die Geräuschentwicklung durch Aufweiten des Frequenzbereichs, in dem die Modulationsfrequenz variiert wird, subjektiv verbessert werden. Auch durch ein Ändern des Musters, mit welchem die Frequenz innerhalb des Frequenzbereichs variiert wird, kann ein subjektives Empfinden für die entstandenen Geräusche beeinflusst werden. For example, interference noises, which are caused, for example, by the switching elements Mi of the voltage converter 1 or components connected to the voltage converter 1, such as an electrical machine or the like, can be influenced by adjusting the variation of the modulation frequency. For example, in the case of basic frequencies, which are in a frequency range that is particularly sensitive for humans, the noise development can be subjectively improved by widening the frequency range in which the modulation frequency is varied. A subjective perception of the noises produced can also be influenced by changing the pattern with which the frequency is varied within the frequency range.
Ferner kann auch beispielsweise die Entstehung von Spannungsrippein im Zwischenkreis oder ähnlichen Störimpulsen innerhalb des Stromrichters 1 durch eine gezielte Anpassung der Variation der Modulationsfrequenz beeinflusst werden. Hierzu können zum Beispiel Spannungsrippel im Zwischenkreis des Stromrichters 1 sensorisch erfasst oder auf Grundlage eines Rechenmodells abgeschätzt werden. Sind dabei kritische Spannungsrippel, beispielsweise Spannungsrippel oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes zu erwarten, so kann durch Anpassen des Frequenzbereichs, in dem die Modulationsfrequenz variiert wird oder die Wahl eines geeigneten Musters für die Variation der Modulationsfrequenz, die Höhe der entstehenden Spannungsrippel minimiert werden. Zum Beispiel kann durch eine Änderung des Frequenzbereichs, in dem die Modulationsfrequenz variiert wird, die auftretenden Spannungsrippel abgesenkt werden. Furthermore, for example, the occurrence of voltage ripples in the intermediate circuit or similar interference pulses within the power converter 1 can also be influenced by a targeted adjustment of the variation of the modulation frequency. For this purpose, for example, voltage ripples in the intermediate circuit of the power converter 1 can be detected by sensors or estimated on the basis of a computer model. If critical voltage ripples are to be expected, for example voltage ripples above a specified threshold value, the magnitude of the voltage ripples that occur can be minimized by adjusting the frequency range in which the modulation frequency is varied or by selecting a suitable pattern for the variation of the modulation frequency will. For example, the voltage ripple that occurs can be reduced by changing the frequency range in which the modulation frequency is varied.
Gegebenenfalls können auch weitere Parameter, wie zum Beispiel ein Strom innerhalb des Stromrichters 1, insbesondere zum Beispiel ein Phasenstrom vom Ausgang des Stromrichters 1 in Richtung einer elektrischen Maschine 3 oder Ähnliches als Grundlage für die Anpassung des Frequenzbereichs und/oder des Musters für die Variation der Modulationsfrequenz herangezogen werden. Hierzu können zum Beispiel gemessene elektrische Ströme, berechnete elektrische Ströme auf Grundlage von weiteren Parametern oder aber auch Sollwertvorgaben als Grundlage für die Anpassung des Frequenzbereichs und/oder des Musters für die Variation der Modulationsfrequenz herangezogen werden. Neben einem elektrischen Strom können selbstverständlich auch beliebige andere Parameter, wie zum Beispiel eine Drehfrequenz, ein einzustellendes Drehmoment oder Ähnliches an einer an den Stromrichter 1 angeschlossenen elektrischen Maschine 3 als Grundlage für das Einstellen des Frequenzbereichs und/oder Musters für die Variation der Modulationsfrequenz genutzt werden. Auch hier können gemessene Werte, berechnete Werte oder Sollwerte als Grundlage für das dynamische Anpassen des Frequenzbereichs oder Musters genutzt werden. If necessary, other parameters, such as a current within the power converter 1, in particular, for example, a phase current from the output of the power converter 1 in the direction of an electrical machine 3 or the like, can also be used as a basis for adjusting the frequency range and/or the pattern for the variation of the Modulation frequency are used. For this purpose, for example, measured electrical currents, calculated electrical currents based on other parameters or setpoint specifications can be used as a basis for adapting the frequency range and/or the pattern for the variation of the modulation frequency. In addition to an electric current, any other parameters, such as a rotational frequency, a torque to be set or the like on an electrical machine 3 connected to the converter 1, can of course also be used as a basis for setting the frequency range and/or pattern for the variation of the modulation frequency . Here, too, measured values, calculated values or target values can be used as a basis for dynamically adapting the frequency range or pattern.
Für die Variation der Modulationsfrequenz innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs um die Grundfrequenz herum kann grundsätzlich jedes beliebige geeignete Modell oder Schema herangezogen werden. Beispielsweise kann die Modulationsfrequenz kontinuierlich von einem unteren Wert des Frequenzbereichs bis hin zu einem oberen Wert des Frequenzbereichs kontinuierlich innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters oder mit einer vorgegebenen Schrittweite erhöht werden. Analog ist auch eine kontinuierliche Absenkung von einem oberen Frequenzwert bis zu einem unteren Frequenzwert möglich. Auch ein abwechselndes Ansteigen und Absenken der Modulationsfrequenz innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs ist möglich. In principle, any suitable model or scheme can be used to vary the modulation frequency within the predefined frequency range around the fundamental frequency. For example, the modulation frequency can be increased continuously from a lower value of the frequency range to an upper value of the frequency range within a specified time window or with a specified increment. Analogously, a continuous reduction from an upper frequency value to a lower frequency value is also possible. It is also possible to alternately increase and decrease the modulation frequency within the specified frequency range.
Darüber hinaus ist es auch möglich, innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereiches zwei oder mehr feste Frequenzwerte zu definieren und gemäß einem vorgegebenen Modell oder Schema jeweils die vorgegebenen Frequenzwerte innerhalb des Frequenzbereichs auszuwählen. Zum Beispiel können für ein binäres Modell zwei Frequenzwerte, insbesondere der untere Wert des Frequenzbereichs und der obere Wert des Frequenzbereichs ausgewählt werden. Diese beiden Werte können daraufhin zufällig oder pseudo zufällig für die Modulationsfrequenz ausgewählt werden. Aber auch vorgegebene Abfolgen, insbesondere zuvor festgelegte und in einem Speicher abgespeicherte Folgen für die Auswahl der jeweiligen Frequenz als Modulationsfrequenz sind möglich. In addition, it is also possible to define two or more fixed frequency values within the specified frequency range and to select the specified frequency values within the frequency range according to a specified model or scheme. For example, for a binary model, two frequency values, specifically the lower one value of the frequency range and the upper value of the frequency range can be selected. These two values can then be selected randomly or pseudo-randomly for the modulation frequency. However, predetermined sequences, in particular previously defined sequences stored in a memory, for the selection of the respective frequency as the modulation frequency are also possible.
Das zuvor beschriebene binäre Schema für den Wechsel der Modulationsfrequenz kann besonders einfach und mit geringer Rechenleistung ausgeführt werden. Darüber hinaus sind jedoch auch Muster mit mehr als zwei fest vorgegebenen Frequenzen möglich. Zum Beispiel kann neben der unteren und der oberen Grenzfrequenz des Frequenzbereichs auch die in der Regel in der Mitte liegende Grundfrequenz als weitere Frequenzkomponente für die Auswahl der Modulationsfrequenz festgelegt werden. Auch können beispielsweise innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs mehrere Frequenzen gemäß einem vorgegebenen Muster ausgewählt werden. Zum Beispiel können mehrere äquidistante Frequenzen innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs ausgewählt werden. Auch in solchen Fällen kann gemäß einem vorgegebenen Schema zufällig, pseudo-zufällig oder gemäß einer zuvor abgespeicherten Abfolge jeweils eine der vorgegebenen Frequenzen als Modulationsfrequenz ausgewählt werden. Je nach Anwendungsfall kann hierbei als Muster für die Auswahl der Modulationsfrequenz aus den mehreren vorgegebenen Frequenzen eine beliebige geeignete stochastische Verteilung zugrunde gelegt werden. Zum Beispiel können die einzelnen vorgegebenen Frequenzen innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs gemäß einer Gleichverteilung, einer Gauß-Verteilung oder Ähnlichem ausgewählt werden. Insbesondere komplexe Abfolgen wie zufällige oder pseudo-zufällige Auswahl der Frequenzkomponenten können zu einem zumindest annähernd weißen Rauschen führen. Dies kann sich vorteilhaft auf zumindest einige der zuvor genannten Eigenschaften, wie Geräuschemission oder elektromagnetische Störsignale, auswirken. The previously described binary scheme for changing the modulation frequency can be implemented particularly easily and with little computing power. In addition, however, patterns with more than two fixed frequencies are also possible. For example, in addition to the lower and upper limit frequencies of the frequency range, the fundamental frequency, which is usually in the middle, can also be specified as an additional frequency component for the selection of the modulation frequency. It is also possible, for example, for a number of frequencies to be selected within the predefined frequency range in accordance with a predefined pattern. For example, multiple equidistant frequencies can be selected within the specified frequency range. In such cases, one of the predetermined frequencies can be selected as the modulation frequency according to a predetermined scheme, randomly, pseudo-randomly, or according to a previously stored sequence. Depending on the application, any suitable stochastic distribution can be used as a basis for the selection of the modulation frequency from the plurality of predefined frequencies. For example, the individual predetermined frequencies within the predetermined frequency range can be selected according to a uniform distribution, a Gaussian distribution, or the like. In particular, complex sequences such as random or pseudo-random selection of the frequency components can lead to at least approximately white noise. This can have an advantageous effect on at least some of the aforementioned properties, such as noise emissions or electromagnetic interference signals.
Die zuvor genannten Parameter, wie das Einstellen des vorgegebenen Frequenzbereichs in dem die Modulationsfrequenz um die Grundfrequenz herum variiert werden kann oder das Muster, mit dem die Modulationsfrequenz innerhalb des Frequenzbereichs variiert werden kann, können je nach Zielsetzung wie Geräuschemission, Verringerung der elektromagnetischen Störsignale, Reduktion der Spannungsrippel im Gleichspannungszwischenkreis etc. beliebig eingestellt werden. Hierbei kann zur Reduktion eines der genannten Parameter insbesondere auch bewusst ein Frequenzbereich und/oder Muster für die Variation der Modulationsfrequenz ausgewählt werden, welches für die übrigen, ggf. aktuell nicht kritischen Parameter nachteilig sein könnte. Durch das dynamische Anpassen von Frequenzbereich und/oder Muster für die Variation der Modulationsfrequenz können somit jeweils ein oder mehrere besonders kritische Parameter positiv beeinflusst werden. Somit kann die Auslegung des Systems und insbesondere auch der Komponenten zur Filterung oder Unterdrückung der negativen oder kritischen Eigenschaften geringer dimensioniert werden. The aforementioned parameters, such as setting the specified frequency range in which the modulation frequency can be varied around the fundamental frequency or the pattern with which the modulation frequency can be varied within the frequency range, can be adjusted depending on the objective, such as noise emission, reduction of electromagnetic interference signals, reduction the voltage ripple in the DC link etc. can be set as desired. In order to reduce one of the parameters mentioned, a frequency range and/or pattern for the variation of the modulation frequency can also be deliberately selected, which could be disadvantageous for the other, possibly currently non-critical parameters. One or more particularly critical parameters can thus be positively influenced in each case by dynamically adapting the frequency range and/or pattern for the variation of the modulation frequency. Thus, the design of the system and in particular the components for filtering or suppressing the negative or critical properties can be dimensioned smaller.
Figur 3 zeigt ein Diagramm einer möglichen Konfiguration für das Einstellen des Frequenzbereichs Af in Abhängigkeit der Grundfrequenz f sowie die Auswahl eines entsprechenden Musters für die Variation der Modulationsfrequenz. Dieses Beispiel soll nur exemplarisch eine Möglichkeit veranschaulichen und stellt keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung dar. Vielmehr ist auch jede andere Auswahl von Frequenzbereichen und Mustern für die Variation der Modulationsfrequenz möglich. FIG. 3 shows a diagram of a possible configuration for setting the frequency range Af as a function of the fundamental frequency f and the selection of a corresponding pattern for the variation of the modulation frequency. This example is only intended to illustrate one possibility as an example and does not represent a limitation of the present invention. Rather, any other selection of frequency ranges and patterns for the variation of the modulation frequency is also possible.
In waagerechter Richtung ist die Grundfrequenz f aufgetragen. In dem hier dargestellten Beispiel kann der Stromrichter 1 mit einer Grundfrequenz zwischen einer unteren Frequenz fl und einer oberen Frequenz f2 betrieben werden. Beispielsweise kann in einer möglichen Ausführungsform ein Stromrichter in einem Bereich der Grundfrequenz zwischen 2 kHz und 20 kHz betrieben werden.The fundamental frequency f is plotted in the horizontal direction. In the example shown here, the power converter 1 can be operated with a fundamental frequency between a lower frequency f1 and an upper frequency f2. For example, in one possible embodiment, a power converter can be operated in a range of the fundamental frequency between 2 kHz and 20 kHz.
Die Festlegung oder Einstellung der Grundfrequenz f für den Stromrichter 1 kann gemäß beliebiger Vorgaben, beispielsweise in Abhängigkeit von einer Drehfrequenz eines angeschlossenen Elektromotors oder Ähnlichem erfolgen. The basic frequency f for the power converter 1 can be defined or adjusted according to any specifications, for example as a function of a rotational frequency of a connected electric motor or the like.
Wie in Figur 3 zu erkennen ist, kann bei einer ausgewählten oder eingestellten Grundfrequenz f am unteren Ende fl des möglichen Bereichs der Grundfrequenz die Modulationsfrequenz ca. 10 % um die eingestellte Grundfrequenz fl herum variiert werden. Die Größe des Frequenzbereichs Af, innerhalb dessen die Modulationsfrequenz um die Grundfrequenz herum variiert wird, wird in dem hier dargestellten Beispiel kontinuierlich bis zu einem Wert fO kleiner. In dem Bereich PI zwischen der Frequenz fl und der Frequenz fO wird hierbei ein erstes Muster zur Variation der Modulationsfrequenz verwendet. Beispielsweise kann als Muster für die Variation der Modulationsfrequenz um die Grundfrequenz herum in diesem mit PI gekennzeichneten Bereich ein binärer Wechsel zwischen zwei vorgegebenen Frequenzen innerhalb des vorbestimmte Frequenzbereichs Af erfolgen. Zum Beispiel kann mit einer statistischen Gleichverteilung zufällig zwischen zwei Frequenzwerten gewechselt werden. Im dem Bereich P2 zwischen fO und f2 kann dagegen ein weiteres oder zweites Muster für die Variation der Modulationsfrequenz verwendet werden. In dem mit P2 gekennzeichneten Bereich können zum Beispiel mehr als zwei fest vorgegebene Frequenzen innerhalb des vorbestimmten Frequenzbereichs Af ausgewählt werden, welche beispielsweise mit einer statistischen Gauß-Verteilung innerhalb des vorbestimmten Frequenzbereichs Af ausgewählt werden. Selbstverständlich sind auch beliebige andere oder weitere Muster als die zuvor genannten Variationsmöglichkeiten zur Variation der Modulationsfrequenz um die Grundfrequenz herum möglich. Wie weiter in Figur 3 zu erkennen ist, wird die Größe des Frequenzbereichs Af, innerhalb dessen die Modulationsfrequenz um die Grundfrequenz f herum variiert wird, mit zunehmender Grundfrequenz f größer. Beispielsweise kann bei einer eingestellten Grundfrequenz fO die Größe des Frequenzbereich Af zu Null eingestellt werden, d.h. es erfolgt überhaupt keine Variation der Modulationsfrequenz, sondern es wird kontinuierlich die Grundfrequenz fO als Modulationsfrequenz verwendet. Wird dagegen die Frequenz f2 als Grundfrequenz eingestellt, so kann die Modulationsfrequenz innerhalb des Frequenzbereichs Af im Bereich von ±20 % um die Grundfrequenz f2 herum variiert werden. As can be seen in FIG. 3, with a selected or adjusted basic frequency f at the lower end f1 of the possible range of the basic frequency, the modulation frequency can be varied by about 10% around the set basic frequency f1. The size of the frequency range Af, within which the modulation frequency is varied around the fundamental frequency, decreases continuously up to a value f0 in the example shown here. In this case, a first pattern for varying the modulation frequency is used in the range PI between the frequency f1 and the frequency f0. For example, a binary change between two given frequencies within the predetermined frequency range Af. For example, with a statistical uniform distribution, you can switch between two frequency values at random. In contrast, in the area P2 between f0 and f2, a further or second pattern can be used for varying the modulation frequency. In the area marked P2, for example, more than two fixed frequencies within the predetermined frequency range Af can be selected, which are selected, for example, with a statistical Gaussian distribution within the predetermined frequency range Af. Of course, any patterns other than the above-mentioned variation options for varying the modulation frequency around the fundamental frequency are also possible. As can also be seen in FIG. 3, the size of the frequency range Af, within which the modulation frequency is varied around the fundamental frequency f, increases as the fundamental frequency f increases. For example, with a set fundamental frequency fO, the size of the frequency range Af can be set to zero, ie there is no variation in the modulation frequency at all, but the fundamental frequency fO is continuously used as the modulation frequency. If, on the other hand, the frequency f2 is set as the fundamental frequency, the modulation frequency can be varied within the frequency range Af in the range of ±20% around the fundamental frequency f2.
Wie bereits zuvor erwähnt, sind selbstverständlich auch beliebige andere Schemata und Anzahlen für das Festlegen der Frequenzbereiche sowie die Auswahl der Muster für die Variation der Modulationsfrequenz möglich. Beispielsweise kann der Frequenzbereich, mit dem die Modulationsfrequenz um die Grundfrequenz herum variiert wird, auch über einen Bereich der Grundfrequenz hinweg konstant bleiben. Ebenso ist es auch möglich, über den gesamten Bereich der Grundfrequenz hinweg dasselbe Muster für die Variation der Modulationsfrequenz um die Grundfrequenz herum zu verwenden. As already mentioned above, any other schemes and numbers for defining the frequency ranges and selecting the pattern for varying the modulation frequency are of course also possible. For example, the frequency range with which the modulation frequency is varied around the fundamental frequency can also remain constant over a range of the fundamental frequency. Likewise, it is also possible to use the same pattern for the variation of the modulation frequency around the fundamental frequency over the entire range of the fundamental frequency.
Neben der hier beschriebenen Variation des Frequenzbereichs sowie des Musters für die Variation der Modulationsfrequenz über die Grundfrequenz f hinweg, kann sowohl der Frequenzbereich als auch das Muster für die Variation der Modulationsfrequenz auch in Abhängigkeit von beliebigen anderen Parametern ausgewählt und eingestellt werden. Auf diese Weise können gezielt einzelne Eigenschaften des Stromrichters 1 oder an den Stromrichter 1 angeschlossener Komponenten beeinflusst werden. Besonders bevorzugt wird in dem Bereich PI mit den niedrigeren Grundfrequenzen zwischen der Frequenz fl und der Frequenz fO ein erstes Muster zur Variation der Modulationsfrequenz verwendet. Dies wirkt insbesondere in diesem Bereich der Grundfrequenz dominanten Störgeräuschen entgegen. So wird bei Grundfrequenzen, welche in einem für einen Menschen besonders sensiblen Frequenzbereich liegen, die Geräuschentwicklung durch Aufweiten des Frequenzbereichs, in dem die Modulationsfrequenz variiert wird, subjektiv verbessert. Auch durch ein Ändern des Musters, mit welchem die Frequenz innerhalb des Frequenzbereichs variiert wird, kann ein subjektives Empfinden für die entstandenen Geräusche beeinflusst werden. Ebenso wird besonders bevorzugt in dem Bereich P2 mit den höheren Grundfrequenzen zwischen fO und f2 ein zweites Muster P2 für die Variation der Modulationsfrequenz verwendet. Dabei dient das dynamische Anpassen von Frequenzbereich und dem Muster für die Variation der Modulationsfrequenz vor allem der Reduktion der EMV Emissionen, die in diesem Bereich dominant sind. Somit kann die Auslegung des Systems und insbesondere auch der Komponenten zur Filterung oder Unterdrückung der negativen oder kritischen Eigenschaften geringer dimensioniert werden. In addition to the variation of the frequency range described here and the pattern for the variation of the modulation frequency across the fundamental frequency f, both the frequency range and the pattern for the variation of the modulation frequency can also be selected and adjusted as a function of any other parameters. In this way, individual properties of the power converter 1 or components connected to the power converter 1 can be influenced in a targeted manner. A first pattern for varying the modulation frequency is particularly preferably used in the range PI with the lower fundamental frequencies between the frequency f1 and the frequency f0. This counteracts the dominant background noise, particularly in this range of the fundamental frequency. In the case of basic frequencies, which are in a frequency range that is particularly sensitive for humans, the noise development is subjectively improved by widening the frequency range in which the modulation frequency is varied. A subjective perception of the noises produced can also be influenced by changing the pattern with which the frequency is varied within the frequency range. Likewise, a second pattern P2 for the variation of the modulation frequency is particularly preferably used in the area P2 with the higher fundamental frequencies between f0 and f2. The dynamic adjustment of the frequency range and the pattern for the variation of the modulation frequency primarily serves to reduce the EMC emissions that are dominant in this range. Thus, the design of the system and in particular the components for filtering or suppressing the negative or critical properties can be dimensioned smaller.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zur Ansteuerung eines elektrischen Stromrichters gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. In Schritt S1 erfolgt ein Einstellen einer Modulationsfrequenz. Die eingestellte Modulationsfrequenz kann insbesondere eine Frequenz aufweisen, die in einem vorbestimmten Frequenzbereich variiert wird. Ferner kann die Modulationsfrequenz mit einem vorbestimmten Muster um die vorbestimmte Grundfrequenz herum variiert werden. FIG. 4 shows a schematic illustration of a flowchart on which a method for controlling an electrical power converter according to one specific embodiment is based. A modulation frequency is set in step S1. The set modulation frequency can in particular have a frequency which is varied in a predetermined frequency range. Furthermore, the modulation frequency can be varied in a predetermined pattern around the predetermined fundamental frequency.
In Schritt S2 werden Schaltsignale für einen elektrischen Stromrichter lgeneriert. Das Generieren der Schaltsignale erfolgt unter Verwendung der eingestellten Modulationsfrequenz. Darüber hinaus kann für die Generierung der Schaltsignale ein empfangener Eingangsparameter, beispielsweise ein Sollwert für einen Strom, ein Drehmoment oder eine Drehzahl eines angeschlossenen Elektromotors generiert werden. In step S2, switching signals for an electrical power converter are generated. The switching signals are generated using the set modulation frequency. In addition, a received input parameter, for example a desired value for a current, a torque or a speed of a connected electric motor, can be generated for the generation of the switching signals.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung das Ansteuern eines elektrischen Stromrichters. Der Stromrichter wird mit einer vorgegebenen Modulationsfrequenz angesteuert. Diese Modulationsfrequenz kann variabel eingestellt werden. Insbesondere kann die Modulationsfrequenz in einem vorgegebenen Frequenzbereich um eine Grundfrequenz variiert werden. Der Frequenzbereich, in dem die Modulationsfrequenz variiert wird, und auch das Muster, mit dem diese Variation erfolgt, können angepasst werden. In summary, the present invention relates to driving an electrical power converter. The power converter is controlled with a specified modulation frequency. This modulation frequency can be variable to be set. In particular, the modulation frequency can be varied around a fundamental frequency in a predetermined frequency range. The frequency range in which the modulation frequency is varied and also the pattern in which this variation occurs can be adjusted.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Ansteuervorrichtung (10) für einen elektrischen Stromrichter (1), mit: einer Signalerzeugungseinrichtung (11), die dazu ausgelegt ist, einen Eingangsparameter (S) zu empfangen, Schaltsignale unter Verwendung des empfangenen Eingangsparameters (S) zu erzeugen, und die Schaltsignale an Schaltelementen (Mi) des Stromrichters (1) bereitzustellen, wobei die Schaltsignale eine vorgegebene Modulationsfrequenz aufweisen; und einer Steuereinrichtung (12), die dazu ausgelegt ist, die vorgegebene Modulationsfrequenz in der Signalerzeugungseinrichtung (11) einzustellen, wobei die Steuereinrichtung (12) ferner dazu ausgelegt ist, als Modulationsfrequenz eine Frequenz einzustellen, die in einem vorbestimmten Frequenzbereich und mit einem vorbestimmten Muster um eine Grundfrequenz herum variiert, und wobei der Frequenzbereich und/oder das Muster einstellbar sind. 1. Activation device (10) for an electric power converter (1), with: a signal generating device (11), which is designed to receive an input parameter (S), to generate switching signals using the received input parameter (S), and the switching signals to provide switching elements (Mi) of the power converter (1), the switching signals having a predetermined modulation frequency; and a control device (12) which is designed to set the predetermined modulation frequency in the signal generating device (11), the control device (12) also being designed to set a frequency as the modulation frequency which is in a predetermined frequency range and with a predetermined pattern varies around a fundamental frequency and wherein the frequency range and/or pattern is adjustable.
2. Ansteuervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, die Grundfrequenz innerhalb eines vorgegebenen Bereichs einzustellen. 2. Control device (10) according to claim 1, wherein the control device (12) is designed to set the fundamental frequency within a predetermined range.
3. Ansteuervorrichtung (10) nach Anspruch eins oder 2, wobei die Steuereinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, den vorbestimmten Frequenzbereich und/oder das vorbestimmte Muster für die Variation der Modulationsfrequenz in Abhängigkeit der eingestellten Grundfrequenz anzupassen. 3. Control device (10) according to claim 1 or 2, wherein the control device (12) is designed to adapt the predetermined frequency range and/or the predetermined pattern for the variation of the modulation frequency as a function of the set fundamental frequency.
4. Ansteuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das vorbestimmte Muster mehrere vorgegebene Frequenzen innerhalb des vorbestimmten Frequenzbereichs umfasst, und wobei die mehreren vorgegebenen Frequenzen zufällig, pseudo-zufällig oder gemäß einer vorbestimmten Vorschrift eingestellt werden. 4. Driving device (10) according to any one of claims 1 to 3, wherein the predetermined pattern comprises a plurality of predetermined frequencies within the predetermined frequency range, and wherein the plurality of predetermined frequencies are adjusted randomly, pseudo-randomly or according to a predetermined rule.
5. Ansteuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, den vorbestimmten Frequenzbereich und/oder das vorbestimmte Muster in Abhängigkeit von elektromagnetischen Störungen in dem Stromrichter anzupassen. 5. Control device (10) according to any one of claims 1 to 4, wherein the control device (12) is designed to the predetermined frequency range and/or adjusting the predetermined pattern in response to electromagnetic interference in the power converter.
6. Ansteuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, den vorbestimmten Frequenzbereich und/oder das vorbestimmte Muster in Abhängigkeit von einer Geräuschentwicklung des Stromrichters (1) oder einer durch den Stromrichter (1) angesteuerten Komponente anzupassen. 6. Control device (10) according to one of claims 1 to 5, wherein the control device (12) is designed to change the predetermined frequency range and/or the predetermined pattern depending on a noise development of the power converter (1) or a noise generated by the power converter (1 ) controlled component.
7. Ansteuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, den vorbestimmten Frequenzbereich und/oder das vorbestimmte Muster in Abhängigkeit eines Spannungsrippeis eines Gleichspanungszwischenkreises in dem Stromrichter (1) einzustellen. 7. Control device (10) according to one of claims 1 to 6, wherein the control device (12) is designed to set the predetermined frequency range and/or the predetermined pattern depending on a voltage ripple of a DC voltage intermediate circuit in the converter (1).
8. Ansteuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, den vorbestimmten Frequenzbereich und/oder das vorbestimmte Muster in Abhängigkeit eines elektrischen Stroms in einem Gleichspanungszwischenkreis des Stromrichters einzustellen. 8. Control device (10) according to one of claims 1 to 7, wherein the control device (12) is designed to set the predetermined frequency range and / or the predetermined pattern depending on an electric current in a DC link of the converter.
9. Elektrischer Stromrichter (1), mit: einer Ansteuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8; und mehreren Schaltelementen (Mi), die unter Verwendung der von der Ansteuervorrichtung (10) generierten Schaltsignale geöffnet oder geschlossen werden. 9. Electrical power converter (1), comprising: a drive device (10) according to any one of claims 1 to 8; and a plurality of switching elements (Mi) which are opened or closed using the switching signals generated by the control device (10).
10. Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Stromrichters (1), mit den Schritten: 10. A method for controlling an electrical power converter (1), with the steps:
Einstellen (Sl) einer Modulationsfrequenz, wobei die eingestellte Modulationsfrequenz eine Frequenz aufweist, die in einem vorbestimmten Frequenzbereich und mit einem vorbestimmten Muster um eine vorbestimmte Grundfrequenz herum variiert; und setting (Sl) a modulation frequency, the set modulation frequency having a frequency which varies in a predetermined frequency range and with a predetermined pattern around a predetermined fundamental frequency; and
Generieren (S2) von Schaltsignale für den elektrischen Stromrichter (1) unter Verwendung der eingestellten Modulationsfrequenz und eines empfangenen Eingangsparameters. Generating (S2) switching signals for the electrical power converter (1) using the set modulation frequency and a received input parameter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3912706A1 (en) * 1989-04-18 1990-10-25 Siemens Ag Method of reducing noise in pulse-controlled machine - using mean values of wide range of frequencies from pulse generator for processing by pulse width modulator to match control parameters
DE19651281C2 (en) * 1996-12-10 1999-11-04 Still Gmbh Modulation method for controlling an inverter
DE102007003737A1 (en) * 2006-02-14 2007-08-23 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Electrical device e.g. electric motor, operating method, involves continuously changing pulse width modulated frequency between upper and lower pulse width modulated frequencies in time-dependent manner
JP5239234B2 (en) * 2006-10-16 2013-07-17 日産自動車株式会社 Power conversion device and power conversion method
DE102009049055A1 (en) * 2009-10-12 2011-04-14 Continental Automotive Gmbh Method and system for the electric drive of a vehicle
US10027262B2 (en) * 2016-09-13 2018-07-17 Ford Global Technologies, Llc Pseudorandom PWM variation based on motor operating point
DE102018204221A1 (en) 2018-03-20 2019-09-26 Robert Bosch Gmbh Method for controlling a pulse width modulated converter and pulse width modulated converter

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