EP4674042A1 - Serialisierungsverfahren für digitalisierte datenströme - Google Patents

Serialisierungsverfahren für digitalisierte datenströme

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Publication number
EP4674042A1
EP4674042A1 EP24718078.9A EP24718078A EP4674042A1 EP 4674042 A1 EP4674042 A1 EP 4674042A1 EP 24718078 A EP24718078 A EP 24718078A EP 4674042 A1 EP4674042 A1 EP 4674042A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
data stream
electrical
digital data
serialization
partial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24718078.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Herrmann
Peter Jänicke
Harald Wiessmann
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.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP4674042A1 publication Critical patent/EP4674042A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/493—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 the static converters being arranged for operation in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
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    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53873—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with digital control

Definitions

  • These power semiconductor modules often have half-bridge circuits, so that, for example, for a three-phase AC-side application of the power semiconductor module, three half-bridge circuits are used as a six-pulse bridge circuit (B6 bridge).
  • B6 bridge six-pulse bridge circuit
  • the total current measured in each of the alternating voltage phases - including AD conversion by means of the sigma-delta conversion and transmission to the evaluation circuit analogous to the individual partial currents in the partial phases of the alternating voltage phase - must be reliably determined, in this case measured, which results in further effort both in terms of development and implementation, as well as in the need for additional components, e.g. shunt resistors for measuring the total current.
  • the voltage values measured at the shunt resistor that are proportional to the respective actual current value for each partial AC voltage phase can be determined as analog values and added to an aggregated voltage value of the AC voltage phase using an operational amplifier circuit.
  • this solution is susceptible to electrical interference and is associated with a loss of accuracy for the actual current value to be determined as a result.
  • the voltage values measured at the respective shunt resistors of the partial AC voltage phases can also be individually converted into Sigma-Delta data streams and then combined using an addition circuit to form an aggregated voltage value for the corresponding AC voltage phase.
  • this approach is often associated with a loss of accuracy with regard to the maximum possible resolution for the voltage values and, as a result, for the resulting actual current value.
  • the invention is based on the object of proposing a serialization method, a digital serialization unit with the serialization method and a converter with the digital serialization unit in order to provide an improved transmission of digitized data streams of electrical operating values compared to the prior art.
  • the object is achieved by a serialization method having the features specified in claim 1, a digital serialization unit having the features specified in claim 12 and an electrical converter having the features specified in claim 14.
  • serializing digital data streams using a serialized digital data stream an efficient and low-effort data transmission of several digitized operating values or digitized partial operating values - which were each generated, for example, from analog operating values or analog partial operating values - is possible, whereby the serialized digital data stream can have, in addition to the individual digitized operating values, a digitized total operating value as a sum of the digitized partial operating values - thus as a measure of an overall electrical operating value - which advantageously results in a reliable determination and transmission of the overall operating value and therefore an additional measurement of the analog electrical overall operating value can be dispensed with.
  • a plurality of individual transmission paths for the respective individual digitized data streams can be dispensed with by transmitting the respective digitized operating values or digitized partial operating values as a summed digital total operating value using only one digitized transmission path via a signal line.
  • the serialization of the first and the at least one further digital data stream is carried out by means of a time-staggered execution of the respective clock frequencies of the first and the at least one further digital data stream.
  • the temporally staggered execution of the respective clock frequencies offers the advantage that stretching the data transmission of the first and at least one further digital data stream during the serialization of the digitized data streams results in a lower load of electrical interference in signal lines - to improve electromagnetic compatibility (EMC) - in particular at signal outputs of a serialization unit designed to serialize the digitized data streams.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the serialization of the first and the at least one further digital data stream is carried out by means of a simultaneous execution of the respective clock frequencies of the first and the at least one further digital data stream.
  • serialized digital data stream contains, in addition to information about the electrical operating values of the first and the at least one further electrical operating value, further information about an operating value sum from the first and the at least one further electrical operating value.
  • serialization method is therefore particularly advantageous for the summation of electrical partial operating values designed as electrical operating values, which are combined to form a total electrical operating value by means of the operating value sum.
  • electrical partial operating values of parallel-connected power semiconductor modules of one or more converters such as partial currents in partial phases of an electrical phase
  • the total operating value summed up from the partial operating values such as a total current of the electrical phase formed from the partial currents
  • a specially designed regulation or control unit for further processing in a regulation or control algorithm for the converter(s).
  • the first digital data stream and the at least one further digital data stream have the same clock frequency as the respective clock frequency.
  • the selection of the same clock frequency for the digitized data streams has the advantage that the digitized operating values are evenly weighted when summing to form a digitized total operating value - i.e. the summation of the shares of the individual electrical operating values as partial operating values to form the operating value sum of the total electrical operating value.
  • a drift of the digitized operating values, which represent the electrical operating values as partial operating values, and thus in particular a distortion of these electrical operating values in the overall electrical operating value, is thus essentially avoided.
  • the first and at least one further digital data stream are generated by means of a sigma-delta conversion from analog values of the electrical operating values.
  • the generation of IBit digital data streams from analog values of electrical operating values by means of the sigma-delta conversion can advantageously provide the first and at least one further digital data stream for processing into the serialized digital data stream.
  • the sigma-delta conversion used in the serialization process for the analog-digital conversion of the electrical operating values to digitized operating values has the advantage that these operating values are galvanically isolated with regard to the signal routing of these operating values. This means that the subsequent evaluation of the serialized digital data stream for further processing of the electrical operating values or the digitized operating values in conjunction with the total electrical operating value or the digitized total operating value for the generation of control signals and the control of drivers of the power semiconductor switches can be carried out more precisely and quickly by applying various filters to the serialized digital data stream.
  • the electrical operating values are designed as a current value or as an electrical value corresponding to a current value, in particular a voltage value. Measuring currents is an essential prerequisite for operating, for example, electrical converters in drive systems or energy distribution systems using regulation or control algorithms. Currents can be measured indirectly via a voltage drop across an electrical resistor through which the current flows. For the serialization process with use in electrical converters, voltages can therefore also be advantageously recorded as analog electrical operating values, digitized and transferred to the digitized serial data stream.
  • the first electrical operating value and the at least one further electrical operating value are recorded as current values by a current detection device, in particular by means of a shunt resistor or a Hall sensor or a GMR sensor.
  • the first electrical operating value as an electrical partial operating value corresponds to a first partial current of a first power semiconductor module of the electrical converter for a first partial phase of a first phase of an electrical network and the at least one further electrical operating value as a further electrical partial operating value corresponds to a second partial current of a further power semiconductor module of the electrical converter connected in parallel with the first power semiconductor module on a DC voltage circuit for a second partial phase of the first phase of the electrical network.
  • This design is advantageously suitable for parallel connections of power semiconductor modules and their operation, in particular in electrical converters, whereby individual electrical operating values of the power semiconductor modules, such as partial currents in partial phases of the phase of the electrical network, are each first converted as analog operating values into digital Operating values are transferred and the serialized digital data stream - with the digitized total operating value as a measure of the total electrical operating value - is generated from the digitized operating values in this way.
  • the digitized operating values - which correlate with the electrical operating values and/or their operating value sum - are converted into control values for a processor unit by means of an evaluation unit from the serialized digital data stream.
  • the evaluation unit In contrast to conventional solutions with the individual digitized data streams of the respective operating values, only the serialized digitized data stream is fed into the evaluation unit, which contains information about the individual electrical operating values as well as information about the overall electrical operating value.
  • the evaluation unit transmits actual values of the electrical operating values and/or the overall electrical operating value.
  • An extension of the evaluation unit which is designed as an AS IC or FPGA, for example, and which is already used in electrical converters without parallel connection of the power semiconductor modules for the further processing of digitized operating values, can be dispensed with in terms of additional data inputs - as would supposedly be necessary when connecting the power semiconductor modules in parallel - because only one data input of the evaluation unit has to be occupied for the recording of the digitized operating values in the form of the serialized digital data stream per respective phase of the electrical network, especially in three-phase networks.
  • the serialization method according to the invention can avoid losses in resolution of the individual operating values as well as of the total operating value.
  • control values are transferred from the evaluation unit to the processor unit, in particular for controlling the electrical converter.
  • the operating values and/or total operating values held with the serialized digitized data stream are transferred from the evaluation unit to the processor unit in such a way that they can be used, for example, as actual current values for a speed/torque control or generally for a current control in the electrical converter of a drive system.
  • a digital serialization unit is also proposed, which is set up to carry out the serialization method according to the invention.
  • the digital serialization unit for carrying out the serialization process can advantageously be implemented cost-effectively in conventionally programmable components, such as an AS IC, FPGA or CPLD.
  • the recording of other operating variables is conceivable via the aforementioned measuring arrangements and areas of application for recording current and voltage, such as for temperature recording, speed recording or torque recording.
  • the term "electrical operating variable" is to be interpreted in such a way that other of these electrical operating variables at least have an effect on the electrical operation of electrical components, such as, for example, parallel-connected power semiconductor modules of the electrical converter.
  • the temperature detection for power semiconductor modules may be mentioned, whereby the level of the temperature of the power semiconductor modules can influence the switching behavior of these power semiconductor modules and thus the electrical behavior of the power semiconductor modules, in particular from the point of view of control engineering aspects.
  • the digital serialization unit comprises an evaluation unit for evaluating the serialized digital data stream.
  • an electrical converter with the digital serialization unit according to the invention is also proposed, wherein the electrical converter is provided as part of a drive system for operating an electric motor on an electrical network or as part of an energy supply system for converting electrical energy in an electrical network system.
  • FIG 1 is a schematic representation of a drive system with power semiconductor modules connected in parallel in an electrical converter and a inventive digitized serialization unit for carrying out the inventive serialization method
  • FIG 2 shows a schematic block diagram of the digitized serialization method according to the invention according to FIG 1,
  • FIG 3 shows a first schematic diagram of the serialization method according to FIG 1 or FIG 2 with a first execution of temporal sequences of clock frequencies of digital data streams for their serialization
  • FIG 4 shows a further schematic diagram representation of the serialization method according to FIG 1 or FIG 2 based on a further embodiment of temporal sequences of clock frequencies of digital data streams for their serialization.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a drive system 26 with a first power semiconductor module 17 and a further power semiconductor module 19 connected in parallel in an electrical converter 4, as well as a digitized serialization unit 9 according to the invention for carrying out the serialization method 1 according to the invention.
  • the method aspects for carrying out the serialization method 1 according to the invention relate to an operating case of the power semiconductor modules 17, 19 of the electrical converter 4.
  • the power semiconductor modules 17, 19 are each designed as bridge modules - here, for example, bridge modules in a six-pulse bridge circuit - with first power semiconductor switches 28 of the first power semiconductor module 17 and power semiconductor switches 29 of the further power semiconductor module 19.
  • the power semiconductor modules 17, 19 are electrically connected on the input side to a direct voltage circuit 18, which is often a direct voltage intermediate circuit of the electrical converter 4, which is designed, for example, as a frequency converter.
  • the first power semiconductor module 17 is connected on the output side to a first partial phase Li l of a first phase LI of an electrical network 25, a first partial phase L12 of a second phase L2 of the electrical network 25 and a first partial phase L13 of a third phase L3 of the electrical network 25.
  • the further power semiconductor module 19 is connected on the output side to a second partial phase L21 of the first phase LI of the electrical network 25, a second partial phase L22 of the second phase L2 of the electrical network 25 and a second partial phase L23 of the third phase L3 of the electrical network 25.
  • the power semiconductor modules 17, 19 in the electrical converter 4 are connected in parallel between the DC voltage circuit 18 on the input side and the electrical network 25 on the output side.
  • first electrical operating values 6 in the form of a first Partial current Ill of the first partial phase Lil of the first phases LI for the first current II in the first phase LI, in the form of a first partial current 112 of the first partial phase L12 of the second phases L2 for the second current 12 in the second phase L2 and in the form of a first partial current 113 of the first partial phase L13 of the third phases L3 for the third current 13 in the third phase L3.
  • partial currents 111, 112, 113 measured as first electrical operating values 6 in the partial phases L11, L12, L13 on the first power semiconductor module 17 are recorded in a current recording device 16 as electrical operating values 3 - here as analog values - and converted into digitized data streams 2 by means of a sigma-delta conversion 32.
  • Each of these partial currents 111, 112, 113 measured as first electrical operating values 6 is converted into first digitized data streams 5.
  • This serialized digital data stream 11 as digitized data stream 2 contains, in addition to the digitized operating values 23 of the individual partial streams 111,112,113,121,122,123 of the respective partial phases Lil, L12, L13, L21, L22, L23 of the phases L1,L2,L3 of the electrical network 25, also operating value sums 34 of the currents 11,12,13 in the phases L1,L2,L3, which are composed of the individual partial streams 111,112,113,121,122,123 for the respective currents 11,12,13.
  • the first current II in the first phase LI of the electrical network 25 is composed as an operating value sum 34 of the first electrical operating value 6 of the first digital data stream 5 in the form of the first partial current III of the first current II in the first partial phase Lil of the first phase LI summed with the further electrical operating value 8 of the further digital data stream 7 in the form of the second partial current 121 of the first current II in the second partial phase L21 of the first phase LI.
  • This procedure is carried out for all electrical operating values 3 or their digitized data streams 2 in conjunction with connection with the generation of the serialized digital data stream 11 and the operating value sums 34 contained therein, starting from the partial currents 111,112,113,121,122,123 in the partial phases Lil, L12, L13, L21, L22, L23 for the currents I1,L2,I3 of the phases L1,L2,L3 of the electrical network 25.
  • This evaluation unit 20 extracts the actual current values required for a processor unit 21 in the embodiment from the serialized digital data stream 11 from the partial currents 111,112,113,121,122,123 of the partial phases
  • FIG. 2 A schematic block diagram of the digitized serialization method 1 according to the invention according to FIG. 1 is shown in FIG. 2.
  • FIG 2 shows the serialization method 1 in more detail based on the exemplary consideration of the first sub-phase III of the first phase of the electrical network and the second sub-phase L21 of the first phase of the electrical network, which are connected on the output side of the power semiconductor modules 17,19 - as shown in FIG 1 - to the corresponding power semiconductor modules 17,19, wherein the electrical network 25 according to FIG 1 has further phases L2,L3 in addition to the first phase LI and the further phases L2, L3 are formed from the further sub-phases L12, L13, L21, L22.
  • the first partial current I l l of the first current of the first phase is measured as the electrical operating value 3 in the first partial phase Li l, wherein the first partial current I l l represents the first electrical operating value 6.
  • the sigma-delta conversion 32 generates from the first electrical operating value 6 - here an analog current value - a digitized operating value 23 - here a digital IBit current value - as a digitized data stream 2, designed in the form of the first digital data stream 5 with a clock frequency 10.
  • the second partial current 121 of the first current of the first phase is measured as the electrical operating value 3 in the second partial phase L21, wherein the second partial current 121 represents the further electrical operating value 8.
  • the sigma-delta conversion 32 generates from the further electrical operating value 8 - here an analog current value - a digitized operating value 23 - here a digital IBit current value - as a digitized data stream 2, designed in the form of the further digital data stream 7 with a clock frequency 10.
  • the first digital data stream 5, which contains the first electrical operating value 6 - the first partial current I ll of the first current of the first phase - and the further digital data stream 7, which contains the further electrical operating value 8 - the second partial current 121 of the first current of the first phase - are transmitted to the digital serialization unit 9, which carries out the serialization 13 of both digital tal data streams 5 , 7 through the serialization process 1 .
  • the serialization unit 9 generates the serialized digital data stream 11 as a digitized data stream 2 by means of a temporal offset 14 of the respective clock frequencies 10 of the digital data streams 5, 7 or by means of a simultaneous execution 15 of the respective clock frequencies 10 of the digital data streams 5, 7.
  • the respective clock frequencies 10 of the digital data streams 5, 7 are the same.
  • the serialized digital data stream 11 has a clock frequency 12 increased by the number of clock frequencies 10 of the first and one further digital data stream 5, 7.
  • serialized digital data stream 11 includes not only the first digital data stream 5, which represents the first electrical operating value 6, and the further digital data stream 7, which represents the further electrical operating value 8, but also the operating value sum 34 of both electrical operating values 6, 8.
  • the operating value sum 34 is therefore the first current in the first phase of the electrical network, which is formed from the sum of the first partial current I l l of the first current of the first phase and the second partial current 121 of the first current of the first phase.
  • the evaluation unit 20 takes the corresponding required actual current values from the partial current I ll of the partial phase Li l as the first electrical operating value 6 , from the partial current 121 of the partial phase L21 as the further electrical operating value 8 and in particular the first current of the first phases of the electrical network from the operating value sum 34 , formed by the sum of the first electrical operating value 6 and the further electrical operating value 8 , from the serialized digital data stream 11 with the increased clock frequency for the processor unit 21 in the exemplary embodiment.
  • control values 35 are processed as control values 35 in the form of actual current values for the processor unit 21 in such a way that, for example, by means of a current control, corresponding control signals 22 can be generated for the respective power semiconductor switches 28, 29 of the power semiconductor modules 17, 19 of the electrical converter.
  • the serialization process is not only limited to current values as electrical operating values, but can also relate to other operating values which have an influence on the operating behavior or on electrical quantities of electrical devices, in particular caused by the parallel connection of electronic components, such as the power semiconductor modules 17, 19 of the electrical converter 4 in FIG. 1 and the power semiconductor modules 17, 19 in FIG. 2.
  • a detection and further processing of such a further operating value can, for example, relate to a temperature at the power semiconductor modules 17, 19.
  • FIG. 3 shows a first schematic diagram of the serialization method 1 according to FIG. 1 or FIG. 2 with a first execution of temporal sequences in the form of a temporally offset execution 14 of clock frequencies 10, 30, 31 of the digital data streams 2, 5, 7 for their serialization 13 as a serialized digital data stream 2, 11.
  • the first digital data stream 5 is shown as a digitized data stream 2, wherein the first digital data stream 5 has the first electrical operating value 6 - in the embodiment of FIG 1 or FIG 2, for example, the first partial current I ll in the first partial phase Li l for the first current II of the first phase LI of the electrical network 25 - represented as a digitized operating value 23 .
  • the first digital data stream 5 has a first clock frequency 30 as clock frequency 10.
  • the further digital data stream 7 is shown as a digitized data stream 2, wherein the further digital data stream 7 represents the further electrical operating value 8 - in the embodiment of FIG 1 or FIG 2 the second partial stream 121 in the second partial phase L21 for the first current I I of the first phase LI of the electrical network 25 - as a digitized operating value 23.
  • the further digital data stream 7 has a further clock frequency 31 as clock frequency 10.
  • the clock frequencies 10 of the first clock frequency 30 and the further clock frequency 31 are the same in the embodiment of FIG. 3 and form an embodiment 14 offset in time from one another, so that the first clock frequency 30 as a 1-bit data stream has a high signal when the further clock frequency 31 as a 1-bit data stream has a low signal, or the first clock frequency 30 has a low signal when the further clock frequency 31 has a high signal.
  • the serialized digital data stream 11 generated by means of the serialization 13 of the digital data streams 5, 7 is shown as digital data stream 2, wherein the serialized digital data stream 11 has the operating value sum 34 - in the embodiment of FIG 1 or FIG 2 the first current II in the first phase LI of the electrical network 25 as the sum of the first partial current I ll in the first partial phase Li l and the second partial current 121 in the second subphase L21 - represented as digitized operating value 23 .
  • the serialized digital data stream 11 has a clock frequency 12 that is increased compared to the clock frequencies 10 of the first clock frequency 30 of the first digital data stream 5 and the further clock frequency 31 of the further digital data stream 7 - in this case a double clock frequency as an increased clock frequency 12.
  • the number of the two clock frequencies 10 of the first and the at least one further digital data stream 5, 7 here results in the doubling of the increased clock frequency 12 for the serialized digital data stream.
  • a data transition of the first digital data stream 5 with the first electrical operating value 6 and the further digital data stream 7 with the further electrical operating value 8 to the serialized digital data stream 11 takes place during the serialization 13 by means of data transfer Dl. 1, Dl. 2, D2. 1, D2. 2.
  • the first digital data stream 5 for the first electrical operating value 6 - for example, according to FIG. 1, the first partial current I l l of the first partial phase Li l of the first phase LI of the electrical network 25 for the first current I I in the first phase LI - is usually read out during a high signal of the first clock frequency 30 and taken over by the serialized digital data stream 11, usually during the high signal of the increased clock frequency 12.
  • the first digital data stream 5 for the first electrical operating value 6 - for example, according to FIG. 1, the first partial current I l l of the first partial phase Li l of the first phase LI of the electrical network 25 for the first current I I in the first phase LI - is read out usually during a high signal of the first clock frequency 30 and taken over by the serialized digital data stream 11, usually during the high signal of the increased clock frequency 12.
  • the further digital data stream 7 for the further electrical operating value 8 - for example, according to FIG. 1, the second partial stream 121 of the second partial phase L21 of the first phase LI of the electrical network 25 for the first current I I in the first phase LI - is read out, usually during a high signal of the further clock frequency 31, and taken over by the serialized digital data stream 11, usually during the high signal of the increased clock frequency 12.
  • the data transfers Dl. 1, Dl. 2, D2. 1, D2. 2 are provided in sections with blocking notes 33, in which, in particular in the case of an edge change of the clock frequencies 10 of the first clock frequency 30 of the first digital data stream 5 or the further clock frequency 31 of the further digital data stream 7 as well as the increased clock frequency 12 of the serialized digital data stream 11, unstable states can arise during the data transfers Dl. 1, Dl. 2, D2. 1, D2. 2 and the data transfers Dl. 1, Dl. 2, D2. 1, D2. 2 are therefore not carried out during the blocking notes 33.
  • the serialization method 1 shown in the embodiment of FIG. 3 in conjunction with the parallel connection of the first with the further power semiconductor module 17, 19 according to FIG.
  • FIG. 4 shows a further schematic diagram of the serialization method 1 according to FIG. 1 and FIG. 2 based on a simultaneous execution 15 of clock frequencies 10,30,31 of the digital data streams 2,5,7 with their serialization 13 to the serialized digital data stream 2,11.
  • the first digital data stream 5 is shown as a digitized data stream 2, wherein the first digital data stream 5 represents the first electrical operating value 6 - in the embodiment of FIG 1 or FIG 2, for example, the first partial current Ill in the first partial phase Lil for the first current II of the first phase LI of the electrical network 25 - as a digitized operating value 23.
  • the first digital data stream 5 has a first clock frequency 30 as clock frequency 10.
  • the further digital data stream 7 is shown as a digitized data stream 2, wherein the further digital data stream 7 represents the further electrical operating value 8 - in the embodiment of FIG 1 or FIG 2 the second partial stream 121 in the second partial phase L21 for the first current I I of the first phase LI of the electrical network 25 - as a digitized operating value 23.
  • the further digital data stream 7 has a further clock frequency 31 as clock frequency 10.
  • the clock frequencies 10 of the first clock frequency 30 and the further clock frequency 31 are the same in the embodiment of FIG. 4 and together form a simultaneous execution 15, so that the first clock frequency 30 and the further clock frequency 31 each have a high signal and a low signal at the same time as a 1-bit data stream.
  • the serialized digital data stream 11 generated by means of the serialization 13 of the digital data streams 5, 7 is shown as a digital data stream 2, wherein the serialized digital data stream 11 represents the operating value sum 34 - in the embodiment of FIG. 1, the first current I I in the first phase LI of the electrical network 25 as the sum of the first partial current I l l in the first partial phase Li l and the second partial current 121 in the second partial phase L21 - as a digitized operating value 23.
  • the serialized digital data stream 11 has a clock frequency 10 compared to the first clock frequency 30 of the first digital data stream 5 and the further clock frequency 31 of the Further digital data stream 7 has an increased clock frequency 12 - in this case a double clock frequency as an increased clock frequency 12 - to .
  • the number of the two clock frequencies 10 of the first and the at least one further digital data stream 5, 7 here results in the doubling of the increased clock frequency 12 for the serialized digital data stream.
  • a data transfer of the first digital data stream 5 with the first electrical operating value 6 and the further digital data stream 7 with the further electrical operating value 8 takes place during the serialization 13 by means of data transfer Dl. 1, Dl. 2, D2. 1, D2. 2.
  • the first digital data stream 5 with the first electrical operating value 6 - for example, according to FIG. 1, the first partial current I l l of the first partial phase Li l of the first phase LI of the electrical network 25 for the first current I I in the first phase LI - is usually read out during a high signal of the first clock frequency 30 and taken over by the serialized digital data stream 11, usually during the high signal of the increased clock frequency 12.
  • the second partial stream 121 of the second partial phase L21 of the first phase LI of the electrical network 25 for the first current II in the first phase LI - is usually read out during a high signal of the further clock frequency 31 and from the serialized digital data stream 11, usually during the high signal of the increased clock frequency 12 and at least one clock period of the increased clock frequency 12 after the first digital data stream 5 with the first electrical operating value 6 has been taken over by the serialized digital data stream 11 of the previous first data transfer D1.1. from the serialized digital data stream 11 of the further data transfer D2 . 1 .
  • the second partial stream 121 of the second partial phase L21 of the first phase LI of the electrical network 25 for the first current I I in the first phase LI - is read out, usually during a high signal of the further clock frequency 31, and taken over by the serialized digital data stream 11 of the further data transfer D2.2, usually during the high signal of the increased clock frequency 12, at least one clock period after the first digital data stream 5 with the first electrical operating value 6 has been taken over by the serialized digital data stream 11 of the previous further data transfer D1.2.
  • the data transfers Dl. 1, Dl. 2, D2. 1, D2. 2 are provided with blocking notes 33 in sections, in which, in particular in the case of an edge change of the clock frequencies 10 of the first clock frequency 30 of the first digital data stream 5 or the further clock frequency 31 of the further digital data stream 7 as well as the increased clock frequency 12 of the serial ized digital data stream 11, unstable conditions can arise during the data transfers Dl .1, Dl .2, D2.1, D2.2 and the data transfers Dl .1, Dl .2, D2.1, D2.2 are therefore not carried out during the blocking notes 33.

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Abstract

Serialisierungsverfahren für digitalisierte Datenströme Die Erfindung betrifft Serialisierungsverfahren (1) für digitalisierte Datenströme (2) von elektrischen Betriebswerten (3) insbesondere eines elektrischen Umrichters (4), wobei einer digitalen Serialisierungseinheit (9) ein erster digitaler Datenstrom (5) für einen ersten elektrischen Betriebswert (6) und zumindest ein weiterer digitaler Datenstrom (7) für zumindest einen weiteren elektrischen Betriebswert (8) zugeführt wird, wobei der erste und der zumindest eine weitere digitale Datenstrom (5,7) jeweils eine Taktfrequenz (10) aufweist, wobei mittels einer Serialisierung (13) des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms (5,7) durch die digitale Serialisierungseinheit (9) ein serialisierter digitaler Datenstrom (11) erzeugt wird, wobei durch Ermittlung einer Anzahl der Taktfrequenzen (10) des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms (5,7) eine um die Anzahl der Taktfrequenzen (10) erhöhte Taktfrequenz (12) für den serialisierten digitalen Datenstroms (11) erzeugt wird und wobei von der digitalen Serialisierungseinheit (9) der serialisierte digitale Datenstrom (11) mit den als digitalisierte Betriebswerte (23) ausgebildeten elektrischen Betriebswerten (3,6,8) ausgegeben wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine digitale Serialisierungseinheit (9), welche zur Ausführung des Serialisierungsverfahrens (1) eingerichtet ist, sowie einen elektrischen Umrichter (4) mit der digitalen Serialisierungseinheit (9).

Description

Beschreibung
Serialisierungsverf ahren für digitalisierte Datenströme
Die Erfindung betri f ft ein Serialisierungsverf ahren digitalisierter Datenströme von elektrischen Betriebswerten elektrischer Umrichter, eine digitale Serialisierungseinheit , welche zur Aus führung des Serialisierungsverf ährens eingerichtet ist sowie einen elektrischen Umrichter mit der digitalen Serialisierungseinheit .
Für den Betrieb von elektrischen Umrichtern werden verschiedene elektrische Betriebswerte , wie beispielsweise Stromistwerte in den einzelnen Wechselspannungsphasen für die Stromregelung eines Wechselrichters in einem Frequenzumrichter, benötigt .
Die genannten Stromistwerte werden oftmals derart ermittelt , dass im Leistungsteil des elektrischen Umrichters eine dem Stromistwert proportionale Spannung an den in den Wechselspannungsphasen angebrachten Shunt-Widerständen gemessen wird . Im Weiteren werden die so ermittelten analogen Stromistwerte für die Stromregelung des elektrischen Umrichters meist mittels eines Sigma-Delta Wandlers als Sigma-Delta Datenstrom zu j eweils einem digitalen 1-Bit Datenstrom gewandelt .
Der Sigma-Delta Datenstrom wird ferner mittels einer Auswerteschaltung, welche beispielsweise in einem AS IC (Application-Speci fic Integrated Circuit ) , einem FPGA ( Field Programmable Gate Array) oder einem CPLD ( Complex Programmable Logic Devices ) implementiert ist , gefiltert und so der Stromregelung des elektrischen Umrichters digitalisierte Stromistwerte bereitgestellt .
Die Filterung kann beispielsweise mit einem digitalen Tiefpass filter zur Reduktion der Datenrate - beispielsweise von 10 MHz auf 10kHz - erfolgen . Die Auswerteschaltung bestimmt einen gemittelten Wert des Sigma-Delta Datenstroms , welcher im Ergebnis der Auswertung den analogen Eingangswert des Sigma-Delta Wandlers repräsentiert .
Üblicherweise können die Shunt-Widerstände technisch vorteilhaft und aufwandsarm in Leistungshalbleitermodule von IGBTs ( Insulated-Gate Bipolar Transistor ) , MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field-Ef fect Transistors ) bzw . Leistungsdioden integriert werden .
Diese Leistungshalbleitermodule weisen oftmals Halbbrückenschaltungen auf , so dass beispielsweise für eine dreiphasige wechselstromseitige Anwendung des Leistungshalbleitermoduls drei Halbbrückenschaltungen als eine Sechspulse- Brückenschaltung (B6-Brücke ) zum Einsatz kommen .
Zur Erhöhung der Gesamtleistung des elektrischen Umrichters werden Leistungshalbleitermodule oft parallelgeschaltet , um auf den Einsatz eines einzelnen, meist kostenintensiven Leistungshalbleitermoduls hoher Leistung verzichten zu können .
Für die Parallelschaltung von zwei oder mehreren Leistungshalbleitermodulen in einem oder in mehreren Umrichtern, somit beispielsweise für die Parallelschaltung von Leistungshalbleitermodulen in Halbbrückenschaltungen zur Erzeugung von Teilphasen einer Wechselspannungsphase , wird für j ede Teilphase mittels eines Sigma-Delta-Wandler aus gemessenen analogen Teilstromistwerten ein digitalisierter Sigma-Delta Datenstrom mit digitalisierten Teilstromistwerten zur Weiterverarbeitung der vormals analogen Teilstromistwerte erzeugt .
Diese einzelnen digitalisierten Teilstromistwerte werden mittels des digitalisierten Sigma-Delta Datenstroms an die Auswerteschaltung zur Weiterverarbeitung der Teilstromistwerte für Reglungs- bzw . Steuerungsaufgaben von elektrischen Umrichtern übermittelt . Die Vorgehensweise erfordert eine recht aufwändige Lösung insbesondere bzgl . der Übermittlung der aus der Parallelschaltung der Leistungshalbleitermodule - und damit deren j eweiliger Halbbrückenmodule - resultierenden Sigma-Delta Datenströme zur Auswerteschaltung, wobei hier das Vorhalten einer ausreichenden Anzahl von Eingängen an der Auswerteschaltung für die j eweiligen Sigma-Delta Datenströme der einzelnen Teilphasen notwendig ist .
Je nach Anzahl der parallelgeschalteten Leistungshalbleitermodule kommt eine j eweils spezi fische Lösung zum Einsatz , was meist mit einem hohem Entwicklungs- bzw . Implementierungsaufwand verbunden ist .
Zusätzlich muss noch der in j eder der Wechselspannungsphasen gemessene Gesamtstrom - inklusive AD-Wandlung mittels der Sigma-Delta-Wandlung und Übertragung an die Auswerteschaltung analog zu den einzelnen Teilströmen in den Teilphasen der Wechselspannungsphase - sicher ermittelt , in diesem Fall gemessen werden, was einen weiteren Aufwand sowohl bzgl . der Entwicklung bzw . Implementierung, wie auch bzgl . des Bedarfs an weiteren Bauelementen, z . B . Shunt-Widerständen zur Messung des Gesamtstromes , zur Folge hat .
Alternativ können pro Teil-Wechselspannungsphase die dem j eweiligen Stromistwert proportionalen, am Shunt-Widerstand gemessenen Spannungswerte als Analogwerte bestimmt und mittels einer Operationsverstärkerschaltung zu einem aggregierten Spannungswert der Wechselspannungsphase addiert werden . Diese Lösung ist j edoch elektrisch störungsanfällig und mit Genauigkeitseinbußen für den im Ergebnis zu ermittelnden Stromistwert verbunden .
Auch können die an den j eweiligen Shunt-Widerständen der Teil-Wechselspannungsphasen gemessenen Spannungswerte j eweils einzeln in Sigma-Delta Dataströme konvertiert und im Weiteren mittels einer Additionsschaltung zu einem aggregierten Spannungswert für die entsprechende Wechselspannungsphase zusam- mengefasst werden . Jedoch ist dieses Vorgehen oft mit einer Einbuße an Genauigkeit bzgl . der maximal möglichen Auflösung für die Spannungswerte und im Ergebnis für den daraus resultierenden Stromistwert verbunden .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , ein Serialisie- rungsverf ahren, eine digitale Serialisierungseinheit mit dem Serialisierungsverf ahren und einen Umrichter mit der digitalen Serialisierungseinheit vorzuschlagen, um eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Übertragung von digitalisierten Datenströmen elektrischer Betriebswerte bereitzustellen .
Die Aufgabe wird durch ein Serialisierungsverf ahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, eine digitale Serialisierungseinheit mit den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen sowie einem elektrischen Umrichter mit den in Anspruch 14 angegebenen Merkmalen gelöst .
Für die Lösung der Aufgabe wird ein Serialisierungsverf ahren für digitalisierte Datenströme von elektrischen Betriebswerten, insbesondere eines elektrischen Umrichters , vorgeschlagen, wobei einer digitalen Serialisierungseinheit ein erster digitaler Datenstrom für einen ersten elektrischen Betriebswert und zumindest ein weiterer digitaler Datenstrom für zumindest einen weiteren elektrischen Betriebswert zugeführt wird, wobei der erste und der zumindest eine weitere digitale Datenstrom j eweils eine Taktfrequenz aufweist , wobei mittels einer Serialisierung des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms durch die digitale Serialisierungseinheit ein serialisierter digitaler Datenstrom erzeugt wird, wobei durch Ermittlung einer Anzahl der Takt f requenzen des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms eine um die Anzahl der Takt f requenzen erhöhte Taktfrequenz für den serialisierten digitalen Datenstroms erzeugt wird und wobei von der digitalen Serialisierungseinheit der serialisierte digitale Datenstrom mit den als digitalisierte Betriebswerte ausgebildeten elektrischen Betriebswerten ausgegeben wird .
Durch die Serialisierung von digitalen Datenströme mittels eines serialisierten digitalen Datenstroms ist eine ef fi ziente und aufwandsarme Datenübertragung von mehreren digitalisierten Betriebswerten bzw . digitalisierten Teilbetriebswerten - welche beispielsweise j eweils aus analogen Betriebswerten bzw . analogen Teilbetriebswerten erzeugt wurden - möglich, wobei der serialisierte digitale Datenstrom neben den einzelnen digitalisierten Betriebswerten auch einen digitalisierten Gesamtbetriebswert als eine Summe der digitalisierten Teilbetriebswerte - somit als Maß eines elektrischen Gesamtbetriebswerts - aufweisen kann, was in vorteilhafter Weise eine sichere Ermittlung und Übermittlung des Gesamtbetriebswerts zur Folge hat und demnach auf eine zusätzliche Messung des analogen elektrischen Gesamtbetriebswerts verzichtet werden kann .
Mittels der Zusammenfassung der einzelnen digitalisierten Datenströme zu dem serialisierten digitalen Datenstrom kann auf eine Mehrzahl von einzelnen Übertragungswegen für die j eweils einzelnen digitalisierten Datenströme , ausgehen von den meist aus analogen Betriebswerten oder Teilbetriebswerten digitalisierten Betriebswerten oder digitalisierten Teilbetriebswerten für die Regelungs- bzw . Steuerungseinheiten elektrischer Geräte - insbesondere elektrischer Umrichter - verzichtet werden, indem die j eweiligen digitalisierten Betriebswerte oder digitalisierten Teilbetriebswerte als summierter digitaler Gesamtbetriebswert mittels nur eines digitalisierten Übertragungswegs via einer Signalleitung übertragen werden .
Vorteilhafte Ausgestaltungs formen des Serialisierungsverf ährens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben .
Bei einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungs form des Serialisierungsverf ährens wird die Serialisierung des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms mittels einer zeitlich versetzten Aus führung der j eweiligen Taktfrequenzen des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms durchgeführt .
Die zeitlich versetzte Aus führung der j eweiligen Taktfrequenzen bietet den Vorteil , dass eine Streckung der Datenübertragung des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms während der Serialisierung der digitalisierten Datenströme eine geringere Belastung von elektrischen Störgrößen in Signalleitungen - zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) - insbesondere an Signalausgängen einer zur Serialisierung der digitalisierten Datenströme ausgebildeten Serialisierungseinheit zur Folge hat .
Diese Entlastung in Bezug auf das Auftreten der elektrischen Störgrößen in den Signalleitungen erfolgt beispielsweise ausgehend von der digitalen Serialisierungseinheit über eine Auswerteeinheit zur Auswertung des serialisierten digitalen Datenstroms für die Weiterverarbeitung der digitalisierten Betriebswerte bis hin zu einer Prozessoreinheit für die Ermittlung von Schaltsignalen und die Ansteuerung mittels Treiberschaltungen von Leistungshalbleiterschaltern in elektrischen Umrichtern .
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungs form des Seri- alisierungsverf ährens wird die Serialisierung des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms mittels einer zeitgleichen Aus führung der j eweiligen Takt f requenzen des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms durchgeführt .
Diese Ausgestaltungs form hat den Vorteil , dass nur ein gleichzeitiger Takt mit den j eweiligen Takt f requenzen des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms für die Aus führung des Serialisierungsverf ährens bereitgestellt werden muss , was die Implementierung des Serialisierungsverf ährens erleichtert . Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungs form des Seri- alisierungsverf ährens weist der serialisierte digitale Datenstrom neben Informationen über die elektrischen Betriebswerte des ersten und des zumindest einen weiteren elektrischen Betriebswerts weitere Informationen über eine Betriebswertsumme aus dem ersten und dem zumindest einen weiteren elektrischen Betriebswert auf .
Besonders vorteilhaft ist das Serialisierungsverf ahren demnach für die Summierung von als elektrische Betriebswerte ausgebildeten elektrischen Teilbetriebswerten, welche mittels der Betriebswertsumme zu einem elektrischen Gesamtbetriebswert zusammengefasst werden .
Beispielsweise können damit elektrische Teilbetriebswerte von parallelgeschalteten Leistungshalbleitermodulen eines oder mehrerer Umrichter, wie Teilströme in Teilphasen einer elektrischen Phase , und der aus den Teilbetriebswerten aufsummierte Gesamtbetriebswert , wie ein aus den Teilströmen gebildeter Gesamtstrom der elektrischen Phase , zur Weiterverarbeitung in einem Reglungs- oder Steuerungsalgorithmus für den oder die Umrichter an eine dafür ausgebildete Reglungs- bzw . Steuerungseinheit übertragen wird .
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungs form des Serialisierungsverf ährens weisen der erste digitale Datenstrom und der zumindest eine weitere digitale Datenstrom als j eweilige Taktfrequenz eine gleiche Taktfrequenz auf .
Die Wahl der gleichen Taktfrequenz der digitalisierten Datenströme hat den Vorteil , dass eine gleichmäßige Gewichtung der digitalisierten Betriebswerte bei der Summierung zu einem digitalisierten Gesamtbetriebswert - also die Summierung der Anteile der einzelnen elektrischen Betriebswerte als Teilbetriebswerte zur Betriebswertsumme des elektrischen Gesamtbetriebswertes - erfolgt . Ein Abdri ften der digitalisierten Betriebswerte , welche die elektrischen Betriebswerte als Teilbetriebswerte repräsentieren, und damit insbesondere eine Verzerrung dieser elektrischen Betriebswerte im elektrischen Gesamtbetriebswert , wird so im Wesentlichen vermieden .
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungs form des Seri- alisierungsverf ährens wird der erste und der zumindest eine weitere digitale Datenstrom mittels einer Sigma-Delta- Wandlung aus Analogwerten der elektrischen Betriebswerte erzeugt werden .
Die Erzeugung von IBit-digitalen Datenströmen aus Analogwerten elektrischer Betriebswerte mittels der Sigma-Delta- Wandlung kann in vorteilhafter Weise den ersten und zumindest einen weiteren digitalen Datenstrom für die Verarbeitung zu dem serialisierten digitalen Datenstrom bereitstellen .
Die im Rahmen des Serialisierungsverf ährens eingesetzte Sig- ma-Delta-Wandlung zur Analog-Digitalwandlung der elektrischen Betriebswerte zu digitalisierten Betriebswerten hat den Vorteil , dass diese Betriebswerte in Bezug auf die Signal führung dieser Betriebswerte galvanisch getrennt sind . Damit kann die spätere Auswertung des serialisierten digitalen Datenstroms zur Weiterverarbeitung der elektrischen Betriebswerte bzw . der digitalisierten Betriebswerte i . V . m . dem elektrischen Gesamtbetriebswert bzw . dem digitalisierten Gesamtbetriebswert für die Erzeugung von Steuersignalen und die Ansteuerung von Treibern der Leistungshalbleiterschalter mittels Anwendung verschiedener Filter auf dem serialisierten digitalen Datenstrom genauer und schneller erfolgen .
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungs form des Serialisierungsverf ährens sind die elektrischen Betriebswerte als Stromwert oder als ein zu einem Stromwert korrespondierenden elektrischen Wert , insbesondere einem Spannungswert , ausgebildet . Das Messen von Strömen ist eine wesentliche Voraussetzung, um beispielsweise elektrische Umrichter in Antriebssystemen oder Energieverteilungssystemen mittels Reglungs- bzw . Steuerungsalgorithmen zu betreiben . Dabei können Ströme indirekt über einen Spannungsabfall an einem vom Strom durchflossenen elektrischen Widerstand gemessen werden . Für das Serialisie- rungsverf ahren mit dem Einsatz in elektrischen Umrichtern sind können demnach auch Spannungen als analoge elektrische Betriebswerte vorteilhaft erfasst , digitalisiert und in den digitalisierten seriellen Datenstrom überführt werden .
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungs form des Seri- alisierungsverf ährens werden der erste elektrische Betriebswert und der zumindest eine weitere elektrische Betriebswert als Stromwerte von einer Stromerfassungsvorrichtung, insbesondere mittels eines Shunt-Widerstands oder eines Hall- Sensors oder eines GMR-Sensors , erfasst .
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungs form des Seri- alisierungsverf ährens entspricht der erste elektrische Betriebswert als elektrischer Teilbetriebswert einem ersten Teilstrom eines ersten Leistungshalbleitermoduls des elektrischen Umrichters für eine erste Teilphase einer ersten Phase eines elektrischen Netzes und entspricht der zumindest eine weitere elektrische Betriebswert als weiterer elektrischer Teilbetriebswert einem zweiten Teilstrom eines mit dem ersten Leistungshalbleitermodul an einem Gleichspannungskreis parallelgeschalteten weiteren Leistungshalbleitermoduls des elektrischen Umrichters für eine zweite Teilphase der ersten Phase des elektrischen Netzes .
Diese Ausgestaltung eignet sich in vorteilhafter Weise für Parallelschaltungen von Leistungshalbleitermodulen und deren Betrieb, insbesondere in elektrischen Umrichtern, wobei einzelne elektrische Betriebswerte der Leistungshalbleitermodule , wie Teilströme in Teilphasen der Phase des elektrischen Netzes , j eweils zuerst als analoge Betriebswerte in digitale Betriebswerte überführt werden und im Weiteren aus den so digitalisierten Betriebswerten der serialisierte digitale Datenstrom - mit dem digitalisierten Gesamtbetriebswert als Maß des elektrischen Gesamtbetriebswerts - erzeugt wird .
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungs form des Seri- alisierungsverf ährens werden mittels einer Auswerteeinheit aus dem serialisierten digitalen Datenstrom die digitalisierten Betriebswerte - welche mit den elektrischen Betriebswerten und/oder deren Betriebswertsumme korrelieren - in Regelungswerte für eine Prozessoreinheit überführt .
In die Auswerteeinheit geht - im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen mit den einzelnen digitalisierten Datenströmen der j eweiligen Betriebswerte - nur der serialisierte digitalisierte Datenstrom ein, welcher neben den Informationen über die einzelnen elektrischen Betriebswerte auch Informationen zum elektrischen Gesamtbetriebswert enthält . Für die Prozessoreinheit , mittels der beispielsweise für die Leistungshalbleitermodule elektrischer Umrichter Steuersignale erzeugt werden, übermittelt die Auswerteeinheit beispielsweise I stwerte der elektrischen Betriebswerte und/oder des elektrischen Gesamtbetriebswerts .
Auf eine Erweiterung der beispielsweise als AS IC oder FPGA ausgebildeten Auswerteeinheit , welche bereits in elektrischen Umrichtern ohne Parallelschaltung der Leistungshalbleitermodule für die Weiterverarbeitung von digitalisierten Betriebswerten eingesetzt wird, kann in Bezug auf zusätzliche Dateneingänge - wie sie bei der Parallelschaltung der Leistungshalbleitermodule vermeintlich notwendig wären - verzichtet werden, weil für die Aufnahme der digitalisierten Betriebswerte in Form des serialisierten digitalen Datenstroms pro j eweiliger Phase des elektrischen Netzes , insbesondere in Drehstromnetzen, nur ein Dateneingang der Auswerteeinheit belegt werden muss . Im Gegensatz zur Nutzung von herkömmlichen Verfahren der Summierung von digitalisierten Betriebswerten, wie dem einer digitalen Additionsschaltungen, können so mit dem erfindungsgemäßen Serialisierungsverf ahren Auflösungsverluste der einzelnen Betriebswerte , wie auch des Gesamtbetriebswerts , vermieden werden .
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungs form des Serialisierungsverf ährens werden die Regelungswerte von der Auswerteeinheit an die Prozessoreinheit insbesondere zur Reglung des elektrischen Umrichters übergeben .
Die mit dem serialisierten digitalisiertem Datenstrom vorgehaltenen Betriebswerte und/oder Gesamtbetriebswerte werden von der Auswerteeinheit an die Prozessoreinheit derart übergeben, dass sie beispielsweise als Stromistwerte für eine Drehzahl-/ Drehmomentregelung oder allgemein für eine Stromregelung im elektrischen Umrichter eines Antriebssystems eingesetzt werden .
Für die Lösung der Aufgabe wird ebenfalls eine digitale Seri- alisierungseinheit vorgeschlagen, welche zur Aus führung des erfindungsgemäßen Serialisierungsverf ährens eingerichtet ist .
Die digitale Serialisierungseinheit zur Aus führung des Serialisierungsverf ährens kann in vorteilhafter Weise kostengünstig in herkömmlich programmierbaren Bausteinen, wie eines AS IC, FPGA oder CPLD, eingerichtet sein .
Durch eine flexibel auslegbare Anschaltung bzw . Verschaltung der digitalen Serialisierungseinheit und der einfachen Programmierbarkeit im Zuge der Implementierung des Serialisierungsverf ährens , sind über die genannten Messanordnungen und Einsatzgebiete zur Erfassung von Strom und Spannung die Erfassung weiterer Betriebsgrößen denkbar, wie z . B . für eine Temperaturerfassung, eine Drehzahlerfassung oder eine Drehmomenterfassung . Dazu ist der Begri f f „elektrische Betriebsgröße" so zu interpretieren, dass weitere dieser elektrischen Betriebsgrößen zumindest Auswirkung auf den elektrischen Betrieb von elektrischen Bauelementen haben, wie hier beispielsweise von parallelgeschalteten Leistungshalbleitermodulen des elektrischen Umrichters .
Beispielhaft sei die Temperaturerfassung für Leistungshalbleitermodule erwähnt , wobei die Höhe der Temperatur der Leistungshalbleitermodule Einfluss auf das Schaltverhalten dieser Leistungshalbleitermodule und somit auf das elektrische Verhalten der Leistungshalbleitermodule , insbesondere aus Sicht reglungstechnischer Aspekte , haben kann .
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungs form der digitale Seri- alisierungseinheit umfasst die digitale Serialisierungsein- heit eine Auswerteeinheit zur Auswertung des serialisierten digitalen Datenstroms .
Für die Lösung der Aufgabe wird weiterhin ein elektrischer Umrichter mit der erfindungsgemäßen digitalen Serialisie- rungseinheit vorgeschlagen, wobei der elektrische Umrichter als Teil eines Antriebssystems für einen Betrieb eines elektrischen Motors an einem elektrischen Netz oder als Teil eines Energieversorgungssystems für eine Umrichtung elektrischer Energie in einem elektrischen Netzsystem vorgesehen ist .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Aus führungsbeispiele , die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden . Es zeigt :
FIG 1 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems mit in einem elektrischen Umrichter parallelgeschalteten Leistungshalbleitermodulen und einer er- findungsgemäßen digitalisierten Serialisierungsein- heit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Seria- lisierungsver fahrens ,
FIG 2 eine schematische Blockdarstellung des erfindungsgemäßen digitalisierten Serialisierungsverf ährens gemäß FIG 1 ,
FIG 3 eine erste schematische Diagrammdarstellung des Serialisierungsverf ährens gemäß FIG 1 oder FIG 2 mit einer ersten Aus führung zeitlicher Abfolgen von Takt f requenzen digitaler Datenströme für deren Se- rialisierung,
FIG 4 eine weitere schematische Diagrammdarstellung des Serialisierungsverf ährens gemäß FIG 1 oder FIG 2 anhand einer weiteren Aus führung zeitlicher Abfolgen von Takt f requenzen digitaler Datenströme für deren Serialisierung .
Die FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebssystems 26 mit in einem elektrischen Umrichter 4 parallelgeschalteten ersten Leistungshalbleitermodul 17 und weiteren Leistungshalbleitermodul 19 sowie eine erfindungsgemäße digitalisierte Serialisierungseinheit 9 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Serialisierungsverf ährens 1 .
Die Verfahrensaspekte zur Durchführung des erfindungsgemäßen Serialisierungsverf ährens 1 , welche mit FIG 1 beschrieben sind, beziehen sich auf einen Betriebs fall der Leistungshalbleitermodule 17 , 19 des elektrischen Umrichters 4 .
Die Leistungshalbleitermodule 17 , 19 sind j eweils als Brückenmodule - hier beispielhaft Brückenmodule in einer Sechspulse- Brückenschaltung - mit ersten Leistungshalbleiterschaltern 28 des ersten Leistungshalbleitermoduls 17 und Leistungshalbleiterschaltern 29 des weiteren Leistungshalbleitermoduls 19 ausgebildet . Die Leistungshalbleitermodule 17 , 19 sind eingangsseitig mit einem Gleichspannungskreis 18 , welcher oft ein Gleichspannungs zwischenkreis des beispielsweise als Frequenzumrichter ausgebildeten elektrischen Umrichters 4 ist , elektrisch verbunden .
Das erste Leistungshalbleitermodul 17 ist ausgangsseitig mit einer erste Teilphase Li l einer ersten Phase LI eines elektrischen Netzes 25 , einer ersten Teilphase L12 einer zweiten Phase L2 des elektrischen Netzes 25 und einer ersten Teilphase L13 einer dritten Phase L3 des elektrischen Netzes 25 verbunden .
Das weitere Leistungshalbleitermodul 19 ist ausgangsseitig mit einer zweiten Teilphase L21 der ersten Phase LI des elektrischen Netzes 25 , einer zweiten Teilphase L22 der zweiten Phase L2 des elektrischen Netzes 25 und einer zweiten Teilphase L23 der dritten Phase L3 des elektrischen Netzes 25 verbunden .
Demnach sind die Leistungshalbleitermodule 17 , 19 im elektrischen Umrichters 4 zwischen eingangsseitig dem Gleichspannungskreis 18 und ausgangsseitig dem elektrischen Netz 25 parallel geschaltet .
Das elektrische Netz 25 ist über die erste Phase LI , die zweite Phase L2 und die dritte Phase L3 als dreiphasiges Drehstromnetz mit einem elektrischen Motor 27 elektrisch verbunden . Der elektrische Motor 27 ist - wie der elektrische Umrichter 4 - Teil des Antriebssystems 26 und mittels des elektrischen Umrichters 4 betreibbar .
Mittels hier beispielhaft genutzter Shunt-Widerstände 24 werden im Betriebs fall am ersten Leistungshalbleitermodul 17 in den ersten Teilphasen L11 , L12 , L13 der Phasen L1 , L2 , L3 des elektrischen Netzes 25 als elektrische Betriebswerte 3 j eweils erste elektrische Betriebswerte 6 in Form eines ersten Teilstroms Ill der ersten Teilphase Lil der ersten Phasen LI für den ersten Strom II in der ersten Phase LI, in Form eines ersten Teilstroms 112 der ersten Teilphase L12 der zweiten Phasen L2 für den zweiten Strom 12 in der zweiten Phase L2 und in Form eines ersten Teilstroms 113 der ersten Teilphase L13 der dritten Phasen L3 für den dritten Strom 13 in der dritten Phase L3 gemessen.
Diese als erste elektrische Betriebswerte 6 gemessenen Teilströme 111,112,113 in den Teilphasen L11,L12,L13 am ersten Leistungshalbleitermodul 17 werden in einer Stromerfassungsvorrichtung 16 als elektrische Betriebswerte 3 - hier als analoge Werte - erfasst und mittels einer Sigma-Delta- Wandlung 32 in digitalisierte Datenströme 2 gewandelt. Jeder dieser als erste elektrische Betriebswerte 6 gemessenen Teilströme 111,112,113 wird jeweils in erste digitalisierte Datenströme 5 gewandelt.
Ebenfalls mittels beispielhaft genutzter Shunt-Widerstände 24 werden im Betriebsfall am weiteren Leistungshalbleitermodul 19 in den zweiten Teilphasen L21,L22,L23 der Phasen L1,L2,L3 des elektrischen Netzes 25 als elektrische Betriebswerte 3 jeweils weitere elektrische Betriebswerte 8 in Form eines zweiten Teilstroms 121 der zweiten Teilphase L21 der ersten Phasen LI für den ersten Strom II in der ersten Phase LI, in Form eines zweiten Teilstroms 122 der zweiten Teilphase L22 der zweiten Phasen L2 für den zweiten Strom 12 in der zweiten Phase L2 und in Form eines zweiten Teilstroms 123 der zweiten Teilphase L23 der dritten Phasen L3 für den dritten Strom 13 in der dritten Phase L3 gemessen.
Diese als weitere elektrische Betriebswerte 6 gemessenen Teilströme 121,122,123 in den Teilphasen L21,L22,L23 am weiteren Leistungshalbleitermodul 19 werden in einer Stromerfassungsvorrichtung 16 als elektrische Betriebswerte 3 - hier als analoge Werte - erfasst und mittels einer Sigma-Delta- Wandlung 32 in digitalisierte Datenströme 2 gewandelt. Jeder dieser als weitere elektrische Betriebswerte 8 gemessenen Teilströme 121,122,123 wird jeweils in weitere digitalisierte Datenströme 7 gewandelt.
Sowohl die ersten elektrischen Betriebswerte 6 als erste digitalisierte Datenströme 5 für die ersten Teilströme 111,112,113 der ersten Teilphasen L11,L12,L13 der Phasen L1,L2,L3 des elektrischen Netzes 25, wie auch die weiteren elektrischen Betriebswerte 8 als weitere digitalisierte Datenströme 7 für die zweiten Teilströme 121,122,123 der zweiten Teilphasen L21,L22, L23 der Phasen L1,L2,L3 des elektrischen Netzes 25, werden jeweils als digitalisierte Betriebswerte 23 der digitalen Serialisierungseinheit 9 zugeführt, welche die Serialisierung 13 aus ersten und weiteren digitalisierten Datenströmen 5,7 mittels des Serialisierungsverf ährens 1 durchführt und einen serialisierten digitalen Datenstrom 11 erzeugt.
Dieser serialisierte digitale Datenstrom 11 als digitalisierter Datenstrom 2 enthält neben den digitalisierten Betriebswerten 23 der einzelnen Teilströme 111,112,113,121,122,123 der jeweiligen Teilphasen Lil, L12, L13, L21, L22, L23 der Phasen L1,L2,L3 des elektrischen Netzes 25 auch Betriebswertsummen 34 der Ströme 11,12,13 in den Phasen L1,L2,L3, welche sich aus den einzelnen Teilströme 111,112,113,121,122,123 für die jeweiligen Ströme 11,12,13 zusammensetzen.
So setzt sich beispielhaft der erste Strom II in der ersten Phase LI des elektrischen Netzes 25 als Betriebswertsumme 34 zusammen aus dem ersten elektrischen Betriebswert 6 des ersten digitalen Datenstroms 5 in Form des ersten Teilstroms Ill des ersten Stroms II in der ersten Teilphase Lil der ersten Phase LI summiert mit dem weiteren elektrischen Betriebswert 8 des weiteren digitalen Datenstroms 7 in Form des zweiten Teilstroms 121 des ersten Stroms II in der zweiten Teilphase L21 der ersten Phase LI.
Diese Vorgehensweis erfolgt für alle elektrischen Betriebswerte 3 bzw. deren digitalisierte Datenströme 2 im Zusammen- hang mit der Erzeugung des serialisierten digitalen Datenstroms 11 und der darin enthaltenen Betriebswertsummen 34 ausgehend von den Teilströmen 111,112,113,121,122,123 in den Teilphasen Lil, L12, L13, L21, L22, L23 für die Ströme I1,L2,I3 der Phasen L1,L2,L3 des elektrischen Netzes 25.
Der serialisierte digitale Datenstrom 11 als digitalisierter Datenstrom 2 mit den digitalisierten Betriebswerten 23 und der Betriebswertsumme 34 wird an eine Auswerteeinheit 20 übermittelt .
Diese Auswerteeinheit 20 entnimmt dem serialisierten digitalen Datenstrom 11 für eine Prozessoreinheit 21 im Ausführungsbeispiel benötigte Stromistwerte aus den Teilströme 111,112,113,121,122,123 der Teilphasen
Lil, L21, L13, L21, L22, L23 bzw. den Ströme 11,12,13 der Phasen L1,L2,L3 des elektrischen Netzes 25 und bereitet diese Stromistwerte als Reglungswerte 35 für die Prozessoreinheit 21 derart auf, dass mittels beispielsweise einer Stromreglung entsprechende Steuerungssignale 22 für die jeweiligen Leistungshalbleiterschalter 28,29 der Leistungshalbleitermodule 17,19 des elektrischen Umrichters 4 erzeugbar sind.
Eine schematische Blockdarstellung des erfindungsgemäßen digitalisierten Serialisierungsverf ährens 1 gemäß FIG 1 wird in FIG 2 dargestellt.
Anknüpfend an die Ausführungen zur Durchführung des Serialisierungsverf ährens 1 nach FIG 1 wird in FIG 2 das Serialisierungsverf ahren 1 anhand der beispielhaften Betrachtung der erste Teilphase Ill der ersten Phase des elektrischen Netzes und der zweite Teilphase L21 der ersten Phase des elektrischen Netzes ausführlicher aufgezeigt, welche ausgangsseitig der Leistungshalbleitermodule 17,19 - wie in FIG 1 dargestellt - mit den entsprechenden Leistungshalbleitermodulen 17,19 verbunden sind, wobei das elektrische Netz 25 gemäß FIG 1 neben der ersten Phase LI weitere Phasen L2,L3 aufweist und die weiteren Phasen L2 , L3 aus den j eweils weiteren Teilphasen L12 , L13 , L21 , L22 gebildet werden .
Mittels des Shunt-Widerstands 24 und der Stromerfassungsvorrichtung 16 für die erste Teilphase Li l der ersten Phase des elektrischen Netzes wird als elektrischer Betriebswert 3 in der ersten Teilphase Li l der erste Teilstrom I l l des ersten Stromes der ersten Phase gemessen, wobei der erste Teilstrom I l l den ersten elektrischen Betriebswert 6 repräsentiert .
Die Sigma-Delta-Wandlung 32 erzeugt aus dem ersten elektrischen Betriebswert 6 - hier einem analogen Stromwert - einen digitalisierten Betriebswert 23 - hier einen digitalen IBit Stromwert - als digitalisierten Datenstrom 2 , ausgebildet in Form des ersten digitalen Datenstroms 5 mit einer Taktfrequenz 10 .
Mittels des Shunt-Widerstands 24 und der Stromerfassungsvorrichtung 16 für die zweite Teilphase L21 der ersten Phase des elektrischen Netzes wird als elektrischer Betriebswert 3 in der zweiten Teilphase L21 der zweite Teilstrom 121 des ersten Stromes der ersten Phase gemessen, wobei der zweite Teilstrom 121 den weiteren elektrischen Betriebswert 8 repräsentiert .
Die Sigma-Delta-Wandlung 32 erzeugt aus dem weiteren elektrischen Betriebswert 8 - hier einem analogen Stromwert - einen digitalisierten Betriebswert 23 - hier einen digitalen IBit Stromwert - als digitalisierten Datenstrom 2 , ausgebildet in Form des Weiteren digitalen Datenstroms 7 mit einer Taktfrequenz 10 .
Der erste digitale Datenstrom 5 , welcher den ersten elektrischen Betriebswert 6 - den ersten Teilstrom I l l des ersten Stromes der ersten Phase - enthält , und der weitere digitale Datenstrom 7 , welcher den weiteren elektrischen Betriebswert 8 - den zweiten Teilstrom 121 des ersten Stromes der ersten Phase - enthält , werden an die digitale Serialisierungsein- heit 9 übermittelt , welche die Serialisierung 13 beider digi- taler Datenströme 5 , 7 durch das Serialisierungsverf ahren 1 durchführt .
Die Serialisierungseinheit 9 erzeugt den serialisierten digitalen Datenstrom 11 als digitalisierten Datenstrom 2 mittels einer zeitlichen Versetzung 14 der j eweiligen Takt f requenzen 10 der digitalen Datenströme 5 , 7 oder mittels einer zeitgleichen Aus führung 15 der j eweiligen Takt f requenzen 10 der digitalen Datenströme 5 , 7 . Idealerweise sind die j eweiligen Taktfrequenzen 10 der digitalen Datenströme 5 , 7 gleich .
Der serialisierte digitale Datenstrom 11 weist eine um die Anzahl der Takt f requenzen 10 des ersten und des einen weiteren digitalen Datenstroms 5 , 7 erhöhte Taktfrequenz 12 auf .
Ferner weist der serialisierte digitale Datenstrom 11 neben dem ersten digitalen Datenstrom 5 , welcher den ersten elektrische Betriebswert 6 repräsentiert , und dem weiteren digitalen Datenstrom 7 , welcher den weiteren elektrischen Betriebswert 8 repräsentiert , auch die Betriebswertsumme 34 beider elektrischer Betriebswerte 6 , 8 auf .
Im Beispiel ist die Betriebswertsumme 34 demnach der erste Strom in der ersten Phase des elektrischen Netzes , welcher sich aus der Summe des ersten Teilstroms I l l des ersten Stromes der ersten Phase und des zweiten Teilstroms 121 des ersten Stromes der ersten Phase bildet .
Die Auswerteeinheit 20 entnimmt dem serialisierten digitalen Datenstrom 11 mit der erhöhten Taktfrequenz für die Prozessoreinheit 21 im Aus führungsbeispiel die entsprechend benötigten Stromistwerte aus dem Teilstrom I l l der Teilphase Li l als ersten elektrischen Betriebswert 6 , aus dem Teilstrom 121 der Teilphase L21 als weiteren elektrischen Betriebswert 8 sowie insbesondere den ersten Strom der ersten Phasen des elektrischen Netzes aus der Betriebswertsumme 34 , gebildet durch die Summe des ersten elektrischen Betriebswerts 6 und des weiteren elektrischen Betriebswerts 8 . Diese elektrischen Betriebswerte 6 , 8 sowie die Betriebswertsumme 34 werden als Reglungswerte 35 in Form von Stromistwerten für die Prozessoreinheit 21 derart aufbereitet , dass mittels beispielsweise einer Stromreglung entsprechende Steuerungssignale 22 für die j eweiligen Leistungshalbleiterschalter 28 , 29 der Leistungshalbleitermodule 17 , 19 des elektrischen Umrichters erzeugbar sind .
Das Serialisierungsverf ahren ist dabei nicht nur auf Stromwerte als elektrische Betriebswerte begrenzt , sondern kann weitere Betriebswerte betref fen, welche einen Einfluss auf das Betriebsverhalten bzw . auf elektrische Größen von elektrischen Geräten haben, insbesondere hier hervorgerufen durch das Parallelschalten von elektronischen Baugruppen, wie die der aufgezeigten Leistungshalbleitermodule 17 , 19 des elektrischen Umrichters 4 in FIG 1 sowie der Leistungshalbleitermodule 17 , 19 in FIG 2 .
Eine Erfassung und Weiterverarbeitung eines derartigen weiteren Betriebswerts kann beispielsweise eine Temperatur an den Leistungshalbleitermodulen 17 , 19 betref fen .
Die FIG 3 zeigt eine erste schematische Diagrammdarstellung des Serialisierungsverf ährens 1 gemäß FIG 1 oder FIG 2 mit einer ersten Aus führung zeitlicher Abfolgen in Form einer zeitlich versetzten Aus führung 14 von Takt f requenzen 10 , 30 , 31 der digitalen Datenströme 2 , 5 , 7 für deren Serialisierung 13 als serialisierter digitaler Datenstrom 2 , 11 .
In einem ersten Diagrammteil der schematischen Diagrammdarstellung des Serialisierungsverf ährens 1 gemäß FIG 3 wird der erste digitale Datenstrom 5 als digitalisierter Datenstrom 2 aufgezeigt , wobei der erste digitale Datenstrom 5 den ersten elektrischen Betriebswert 6 - im Aus führungsbeispiel der FIG 1 oder FIG 2 beispielsweise der erste Teilstrom I l l in der ersten Teilphase Li l für den ersten Strom I I der ersten Phase LI des elektrischen Netzes 25 - als digitalisierten Betriebswert 23 repräsentiert .
Der erste digitale Datenstrom 5 weist als Taktfrequenz 10 eine erste Taktfrequenz 30 auf .
In einem weiteren Diagrammteil der schematischen Diagrammdarstellung des Serialisierungsverf ährens 1 gemäß FIG 3 wird der weitere digitale Datenstrom 7 als digitalisierter Datenstrom 2 aufgezeigt , wobei der weitere digitale Datenstrom 7 den weiteren elektrischen Betriebswert 8 - im Aus führungsbeispiel der FIG 1 oder FIG 2 den zweiten Teilstrom 121 in der zweiten Teilphase L21 für den ersten Strom I I der ersten Phase LI des elektrischen Netzes 25 - als digitalisierten Betriebswert 23 repräsentiert .
Der weitere digitale Datenstrom 7 weist als Taktfrequenz 10 eine weitere Taktfrequenz 31 auf .
Die Takt f requenzen 10 der ersten Taktfrequenz 30 und der weiteren Taktfrequenz 31 sind im Aus führungsbeispiel der FIG 3 gleich und bilden eine gegeneinander zeitlich versetzte Ausführung 14 aus , so dass die erste Taktfrequenz 30 als 1-Bit Datenstrom dann ein High-Signal aufweist , wenn die weitere Taktfrequenz 31 als 1-Bit Datenstrom ein Low-Signal aufweist , bzw . die erste Taktfrequenz 30 dann ein Low-Signal aufweist , wenn die weitere Taktfrequenz 31 ein High-Signal aufweist .
In einem weiteren Diagrammteil der schematischen Diagrammdarstellung des Serialisierungsverf ährens 1 gemäß FIG 3 wird der mittels der Serialisierung 13 der digitalen Datenströme 5 , 7 erzeugte serialisierte digitale Datenstrom 11 als digitaler Datenstrom 2 aufgezeigt , wobei der serialisierte digitale Datenstrom 11 die Betriebswertsumme 34 - im Aus führungsbeispiel der FIG 1 oder FIG 2 den ersten Strom I I in der ersten Phase LI des elektrischen Netzes 25 als Summe des ersten Teilstroms I l l in der ersten Teilphase Li l und des zweiten Teilstroms 121 in der zweiten Teilphase L21 - als digitalisierten Betriebswert 23 repräsentiert .
Der serialisierte digitale Datenstrom 11 weist eine gegenüber den Takt f requenzen 10 der ersten Taktfrequenz 30 des ersten digitalen Datenstroms 5 und der weiteren Taktfrequenz 31 des Weiteren digitalen Datenstroms 7 erhöhte Taktfrequenz 12 - in diesem Fall eine doppelte Taktfrequenz als erhöhte Taktfrequenz 12 - auf . Die Anzahl der beiden Takt f requenzen 10 des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms 5, 7 ergibt hier die Verdopplung der für den serialisierten digitalen Datenstroms erhöhten Taktfrequenz 12 .
Ein Datenübergang des ersten digitalen Datenstroms 5 mit dem ersten elektrischen Betriebswert 6 und des weiteren digitalen Datenstroms 7 mit dem weiteren elektrischen Betriebswert 8 zu dem serialisierten digitalen Datenstrom 11 erfolgt während der Serialisierung 13 mittels Datentrans fers Dl . 1 , Dl . 2 , D2 . 1 , D2 . 2 .
Dazu wird bei einem ersten Datentrans fer Dl . 1 der erste digitale Datenstrom 5 für den ersten elektrischen Betriebswert 6 - beispielsweise gemäß FIG 1 der erste Teilstrom I l l der ersten Teilphase Li l der ersten Phase LI des elektrischen Netzes 25 für den ersten Strom I I in der ersten Phase LI - üblicherweise während eines High-Signals der ersten Taktfrequenz 30 ausgelesen und von dem serialisierten digitalen Datenstrom 11 , üblicherweise während des High-Signals der erhöhten Taktfrequenz 12 , übernommen .
Mit der nachfolgend zeitlich versetzten Aus führung 14 der weiteren Taktfrequenz 31 gegenüber der ersten Taktfrequenz 30 wird bei einem weiteren Datentrans fer D2 . 1 der weitere digitale Datenstrom 7 für den weiteren elektrischen Betriebswert 8 - beispielsweise gemäß FIG 1 der zweite Teilstrom 121 der zweiten Teilphase L21 der ersten Phase LI des elektrischen Netzes 25 für den ersten Strom I I in der ersten Phase LI - üblicherweise während eines High-Signals der weiteren Takt- frequenz 31 ausgelesen und von dem serialisierten digitalen Datenstrom 11 , üblicherweise während des High-Signals der erhöhten Takt frequenz 12 , übernommen .
Mit der nachfolgend zeitlich versetzten Aus führung 14 der ersten Taktfrequenz 30 gegenüber der weiteren Taktfrequenz 31 wird bei einem weiteren Datentrans fer Dl . 2 wiederum der erste digitale Datenstrom 5 für den ersten elektrischen Betriebswert 6 - beispielsweise gemäß FIG 1 wiederum der erste Teilstrom I l l der ersten Teilphase Li l der ersten Phase LI des elektrischen Netzes 25 für den ersten Strom I I in der ersten Phase LI - üblicherweise während eines High-Signals der ersten Taktfrequenz 30 ausgelesen und von dem serialisierten digitalen Datenstrom 11 , üblicherweise während des High-Signals der erhöhten Takt frequenz 12 , übernommen .
Mit der nachfolgend zeitlich versetzten Aus führung 14 der weiteren Taktfrequenz 31 gegenüber der ersten Taktfrequenz 30 wird bei einem weiteren Datentrans fer D2 . 2 wiederum der weitere digitale Datenstrom 7 für den weiteren elektrischen Betriebswert 8 - beispielsweise gemäß FIG 1 wiederum der zweite Teilstrom 121 der zweiten Teilphase L21 der ersten Phase LI des elektrischen Netzes 25 für den ersten Strom I I in der ersten Phase LI - üblicherweise während eines High-Signals der weiteren Taktfrequenz 31 ausgelesen und von dem serialisierten digitalen Datenstrom 11 , üblicherweise während des High-Signals der erhöhten Taktfrequenz 12 übernommen .
Beispielhaft sind die Datentrans fers Dl . 1 , Dl . 2 , D2 . 1 , D2 . 2 Abschnittsweise mit Sperrvermerken 33 versehen, bei denen sich, insbesondere bei einem Flankenwechsel der Takt Frequenzen 10 der erste Taktfrequenz 30 des ersten digitalen Datenstroms 5 bzw . der weiteren Taktfrequenz 31 des weiteren digitalen Datenstroms 7 sowie der erhöhten Taktfrequenz 12 des serialisierten digitalen Datenstroms 11 , instabile Zustände während der Datentrans fers Dl . 1 , Dl . 2 , D2 . 1 , D2 . 2 ergeben können und die Datentrans fers Dl . 1 , Dl . 2 , D2 . 1 , D2 . 2 daher während der Sperrvermerke 33 nicht durchgeführt werden . Mit dem im Ausführungsbeispiel der FIG 3 dargestellten Seria- lisierungsverf ahren 1 ist i.V.m. der Parallelschaltung des ersten mit dem weiteren Leistungshalbleitermoduls 17,19 nach FIG 1 die Erfassung und Serialisierung 13 von elektrischen Betriebswerten 3 der Teilströme 112,122 in den Teilphasen L12,22 der zweiten Phase L2 des elektrischen Netzes 25 - und deren Überführung in den serialisierten digitalen Datenstrom 11 mit der Betriebswertsumme 34 des zweiten Stromes 12 - sowie von elektrischen Betriebswerten 3 der Teilströme 113,123 in den Teilphasen L13,23 der dritten Phase L3 des elektrischen Netzes 25 - und deren Überführung in den serialisierten digitalen Datenstrom 11 mit der Betriebswertsumme 34 des dritten Stromes 13 - analog durchzuführen.
Auch können analog dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 3 i.V.m. FIG 1 neben der Parallelschaltung des ersten und des weiteren Leistungshalbleitermoduls 17,19 z.B. durch eine zusätzliche Parallelschaltung weiterer Leistungshalbleitermodule auch weitere elektrische Betriebswerte erfasst und in dem serialisierten digitalen Datenstrom 11 serialisiert werden.
Die FIG 4 zeigt eine weitere schematische Diagrammdarstellung des Serialisierungsverf ährens 1 gemäß FIG 1 und FIG 2 anhand einer zeitgleichen Ausführung 15 von Takt f requenzen 10,30,31 der digitalen Datenströme 2,5,7 mit deren Serialisierung 13 zu dem serialisierten digitalen Datenstrom 2,11.
In einem ersten Diagrammteil der schematischen Diagrammdarstellung des Serialisierungsverf ährens 1 gemäß FIG 4 wird der erste digitale Datenstrom 5 als digitalisierter Datenstrom 2 aufgezeigt, wobei der erste digitale Datenstrom 5 den ersten elektrischen Betriebswert 6 - im Ausführungsbeispiel der FIG 1 oder FIG 2 beispielsweise der erste Teilstrom Ill in der ersten Teilphase Lil für den ersten Strom II der ersten Phase LI des elektrischen Netzes 25 - als digitalisierten Betriebswert 23 repräsentiert. Der erste digitale Datenstrom 5 weist als Taktfrequenz 10 eine erste Taktfrequenz 30 auf .
In einem weiteren Diagrammteil der schematischen Diagrammdarstellung des Serialisierungsverf ährens 1 gemäß FIG 4 wird der weitere digitale Datenstrom 7 als digitalisierter Datenstrom 2 aufgezeigt , wobei der weitere digitale Datenstrom 7 den weiteren elektrischen Betriebswert 8 - im Aus führungsbeispiel der FIG 1 oder FIG 2 den zweiten Teilstrom 121 in der zweiten Teilphase L21 für den ersten Strom I I der ersten Phase LI des elektrischen Netzes 25 - als digitalisierten Betriebswert 23 repräsentiert .
Der weitere digitale Datenstrom 7 weist als Taktfrequenz 10 eine weitere Taktfrequenz 31 auf .
Die Takt f requenzen 10 der ersten Taktfrequenz 30 und der weiteren Taktfrequenz 31 sind im Aus führungsbeispiel der FIG 4 gleich und bilden miteinander eine zeitgleiche Aus führung 15 aus , so dass die erste Taktfrequenz 30 und die weitere Taktfrequenz 31 j eweils als 1-Bit Datenstrom zeitgleich ein High- Signal und ein Low-Signal aufweisen .
In einem weiteren Diagrammteil der schematischen Diagrammdarstellung des Serialisierungsverf ährens 1 wird der mittels der Serialisierung 13 der digitalen Datenströme 5 , 7 erzeugte se- rialisierte digitale Datenstrom 11 als digitaler Datenstrom 2 aufgezeigt , wobei der serialisierte digitale Datenstrom 11 die Betriebswertsumme 34 - im Aus führungsbeispiel der FIG 1 den ersten Strom I I in der ersten Phase LI des elektrischen Netzes 25 als Summe des ersten Teilstroms I l l in der ersten Teilphase Li l und des zweiten Teilstroms 121 in der zweiten Teilphase L21 - als digitalisierten Betriebswert 23 repräsentiert .
Der serialisierte digitale Datenstrom 11 weist eine gegenüber den Takt f requenzen 10 der ersten Taktfrequenz 30 des ersten digitalen Datenstroms 5 und der weiteren Taktfrequenz 31 des Weiteren digitalen Datenstroms 7 erhöhte Taktfrequenz 12 - in diesem Fall eine doppelte Taktfrequenz als erhöhte Taktfrequenz 12 - auf . Die Anzahl der beiden Takt f requenzen 10 des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms 5, 7 ergibt hier die Verdopplung der für den serialisierten digitalen Datenstroms erhöhten Taktfrequenz 12 .
Ein Datenübergang des ersten digitalen Datenstroms 5 mit dem ersten elektrischen Betriebswert 6 und des weiteren digitalen Datenstroms 7 mit dem weiteren elektrischen Betriebswert 8 erfolgt während der Serialisierung 13 mittels Datentrans fers Dl . 1 , Dl . 2 , D2 . 1 , D2 . 2 .
Dazu wird bei einem ersten Datentrans fer Dl . 1 der erste digitale Datenstrom 5 mit dem ersten elektrischen Betriebswert 6 - beispielsweise gemäß FIG 1 der erste Teilstrom I l l der ersten Teilphase Li l der ersten Phase LI des elektrischen Netzes 25 für den ersten Strom I I in der ersten Phase LI - üblicherweise während eines High-Signals der ersten Taktfrequenz 30 ausgelesen und von dem serialisierten digitalen Datenstrom 11 , üblicherweise während des High-Signals der erhöhten Taktfrequenz 12 , übernommen .
Durch die zeitgleiche Aus führung 15 der weiteren Taktfrequenz 31 und der ersten Taktfrequenz 30 wird bei einem weiteren Datentrans fer D2 . 1 der weitere digitale Datenstrom 7 mit dem weiteren elektrischen Betriebswert 8 - beispielsweise gemäß FIG 1 der zweite Teilstrom 121 der zweiten Teilphase L21 der ersten Phase LI des elektrischen Netzes 25 für den ersten Strom I I in der ersten Phase LI - üblicherweise während eines High-Signals der weiteren Taktfrequenz 31 ausgelesen und von dem serialisierten digitalen Datenstrom 11 , üblicherweise während des High-Signals der erhöhten Taktfrequenz 12 und zumindest eine Taktperiode der erhöhten Taktfrequenz 12 nach Übernahme des ersten digitalen Datenstroms 5 mit dem ersten elektrischen Betriebswert 6 durch den serialisierten digitalen Datenstrom 11 des vorherigen ersten Datentrans fers Dl . l , vom serialisierten digitalen Datenstrom 11 des weiteren Datentrans fers D2 . 1 übernommen .
Mit der nachfolgend zeitgleichen Aus führung 15 der ersten Taktfrequenz 30 und der weiteren Taktfrequenz 31 wird bei einem weiteren Datentrans fer Dl . 2 wiederum der erste digitale Datenstrom 5 mit dem ersten elektrischen Betriebswert 6 - beispielsweise gemäß FIG 1 wiederum der erste Teilstrom I l l der ersten Teilphase Li l der ersten Phase LI des elektrischen Netzes 25 für den ersten Strom I I in der ersten Phase LI - üblicherweise während eines High-Signals der ersten Taktfrequenz 30 ausgelesen und von dem serialisierten digitalen Datenstrom 11 , üblicherweise während des High-Signals der erhöhten Taktfrequenz 12 , übernommen .
Mit der nachfolgend zeitgleichen Aus führung 15 der weiteren Taktfrequenz 31 und der weiteren Taktfrequenz 30 wird bei einem weiteren Datentrans fer D2 . 2 wiederum der weitere digitale Datenstrom 7 mit dem weiteren elektrischen Betriebswert 8 - beispielsweise gemäß FIG 1 wiederum der zweite Teilstrom 121 der zweiten Teilphase L21 der ersten Phase LI des elektrischen Netzes 25 für den ersten Strom I I in der ersten Phase LI - üblicherweise während eines High-Signals der weiteren Taktfrequenz 31 ausgelesen und von dem serialisierten digitalen Datenstrom 11 , üblicherweise während des High-Signals der erhöhten Taktfrequenz 12 , zumindest eine Taktperiode nach dem Übernehmen des ersten digitalen Datenstroms 5 mit dem ersten elektrischen Betriebswert 6 durch den serialisierten digitalen Datenstrom 11 des vorherigen weiteren Datentrans fers Dl . 2 , vom serialisierten digitalen Datenstrom 11 des weiteren Datentrans fers D2 . 2 übernommen .
Beispielhaft sind die Datentrans fers Dl . 1 , Dl . 2 , D2 . 1 , D2 . 2 Abschnittsweise mit Sperrvermerken 33 versehen, bei denen sich, insbesondere bei einem Flankenwechsel der Takt f requenzen 10 der erste Taktfrequenz 30 des ersten digitalen Datenstroms 5 bzw . der weiteren Taktfrequenz 31 des weiteren digitalen Datenstroms 7 sowie der erhöhten Taktfrequenz 12 des seriali- sierten digitalen Datenstroms 11, instabile Zustände während der Datentransfers Dl .1 , Dl .2 , D2.1 , D2.2 ergeben können und die Datentransfers Dl .1 , Dl .2 , D2.1 , D2.2 daher während der Sperrvermerke 33 nicht durchgeführt werden.
Mit dem im Ausführungsbeispiel der FIG 4 dargestellten Seria- lisierungsverf ahren 1 ist i.V.m. der Parallelschaltung des ersten mit dem weiteren Leistungshalbleitermoduls 17,19 nach FIG 1 die Erfassung und Serialisierung 13 von elektrischen Betriebswerten 3 der Teilströme 112,122 in den Teilphasen L12,22 der zweiten Phase L2 des elektrischen Netzes 25 - und deren Überführung in den serialisierten digitalen Datenstrom 11 mit der Betriebswertsumme 34 des zweiten Stromes 12 - sowie von elektrischen Betriebswerten 3 der Teilströme 113,123 in den Teilphasen L13,23 der dritten Phase L3 des elektrischen Netzes 25 - und deren Überführung in den serialisierten digitalen Datenstrom 11 mit der Betriebswertsumme 34 des dritten Stromes 13 - analog durchzuführen.
Auch können analog dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 4 i.V.m. FIG 1 neben der Parallelschaltung des ersten und des weiteren Leistungshalbleitermoduls 17,19 z.B. durch eine zusätzliche Parallelschaltung weiterer Leistungshalbleitermodule auch weitere elektrische Betriebswerte erfasst und in dem serialisierten digitalen Datenstrom 11 serialisiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Serialisierungsverf ahren (1) für digitalisierte Datenströme (2) von elektrischen Betriebswerten (3) insbesondere eines elektrischen Umrichters (4) , wobei
- einer digitalen Serialisierungseinheit (9) ein erster digitaler Datenstrom (5) für einen ersten elektrischen Betriebswert (6) und zumindest ein weiterer digitaler Datenstrom (7) für zumindest einen weiteren elektrischen Betriebswert (8) zugeführt wird,
- der erste und der zumindest eine weitere digitale Datenstrom (5,7) jeweils eine Taktfrequenz (10) aufweist,
- mittels einer Serialisierung (13) des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms (5,7) durch die digitale Serialisierungseinheit (9) ein serialisierter digitaler Datenstrom (11) erzeugt wird,
- durch Ermittlung einer Anzahl der Takt f requenzen (10) des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms (5,7) eine um die Anzahl der Takt f requenzen (10) erhöhte Taktfrequenz (12) für den serialisierten digitalen Datenstroms (11) erzeugt wird und
- von der digitalen Serialisierungseinheit (9) der seriali- sierte digitale Datenstrom (11) mit den als digitalisierte Betriebswerte (23) ausgebildeten elektrischen Betriebswerten (3, 6,8) ausgegeben wird.
2. Serialisierungsverf ahren (1) nach Anspruch 1, wobei die Serialisierung (13) des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms (5,7) mittels einer zeitlich versetzten Ausführung (14) der jeweiligen Takt f requenzen (10) des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms (5,7) durchgeführt wird.
3. Serialisierungsverf ahren (1) nach Anspruch 1, wobei die Serialisierung (13) des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms (5,7) mittels einer zeitgleichen Ausführung (15) der jeweiligen Takt f requenzen (10) des ersten und des zumindest einen weiteren digitalen Datenstroms (5,7) durchgeführt wird.
4. Serialisierungsverf ahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der serialisierte digitale Datenstrom (11) neben Informationen über die elektrischen Betriebswerte (3) des ersten und des zumindest einen weiteren elektrischen Betriebswerts (6,8) weitere Informationen über eine Betriebswertsumme (34) aus dem ersten und dem zumindest einen weiteren elektrischen Betriebswert (6,8) aufweist.
5. Serialisierungsverf ahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste digitale Datenstrom (5) und der zumindest eine weitere digitale Datenstrom (7) als jeweilige Taktfrequenz (10) eine gleiche Taktfrequenz aufweisen.
6. Serialisierungsverf ahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und der zumindest eine weitere digitale Datenstrom (5,7) mittels einer Sigma-Delta-Wandlung (32) aus Analogwerten der elektrischen Betriebswerte (3, 6,8) erzeugt werden.
7. Serialisierungsverf ahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Betriebswerte (3, 6,8) als Stromwert oder als ein zu einem Stromwert korrespondierenden elektrischen Wert, insbesondere einem Spannungswert, ausgebildet sind.
8. Serialisierungsverf ahren (1) nach Anspruch 7, wobei der erste elektrische Betriebswert (6) und der zumindest eine weitere elektrische Betriebswert (8) als Stromwerte von einer Stromerfassungsvorrichtung (16) , insbesondere mittels eines Shunt-Widerstands (24) oder eines Hall-Sensors oder eines GMR-Sensors, erfasst werden.
9. Serialisierungsverf ahren (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei der erste elektrische Betriebswert (6) als elektrischer Teilbetriebswert einem ersten Teilstrom (Ill) eines ersten Leistungshalbleitermoduls (17) des elektrischen Umrichters (4) für eine erste Teilphase (Lil) einer ersten Phase (LI) eines elektrischen Netzes (25) entspricht und der zumindest eine weitere elektrische Betriebswert (8) als weiterer elektrischer Teilbetriebswert einem zweiten Teilstrom (121) eines mit dem ersten Leistungshalbleitermodul (17) an einem Gleichspannungskreis (18) parallelgeschalteten weiteren Leistungshalbleitermoduls (19) des elektrischen Umrichters
(4) für eine zweite Teilphase (L21) der ersten Phase (LI) des elektrischen Netzes (25) entspricht.
10. Serialisierungsverf ahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels einer Auswerteeinheit (19) aus dem serialisierten digitalen Datenstrom (11) die digitalisierten Betriebswerte (23) - welche mit den elektrischen Betriebswerten (3, 6,8) und/oder deren Betriebswertsumme (34) korrelieren - in Reglungswerte (35) für eine Prozessoreinheit (21) überführt werden.
11. Serialisierungsverf ahren (1) nach Anspruch 10, wobei die Reglungswerte (35) von der Auswerteeinheit (20) an die Prozessoreinheit (21) insbesondere zur Reglung des elektrischen Umrichters (4) übergeben werden.
12. Digitale Serialisierungseinheit (9) , eingerichtet zur Ausführung des Serialisierungsverf ährens (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
13. Digitale Serialisierungseinheit (9) nach Anspruch 12, umfassend eine Auswerteeinheit (20) zur Auswertung des serialisierten digitalen Datenstroms (11) .
14. Elektrischer Umrichter (4) mit einer digitalen Serialisierungseinheit (9) nach Anspruch 12 oder 13, wobei der elektrische Umrichter (4) als Teil eines Antriebssystems (26) für einen Betrieb eines elektrischen Motors (27) an einem elektrischen Netz (25) oder als Teil eines Energieversor- gungssystems für eine Umrichtung elektrischer Energie in einem elektrischen Netzsystem vorgesehen ist .
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