DE10112820A1

DE10112820A1 - Verfahren zur Messung von Strömen in Multiphasenwandlern mit Strommesselement-Auslösung

Info

Publication number: DE10112820A1
Application number: DE2001112820
Authority: DE
Inventors: Roman Gronbach; Reinhard Rieger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2002-10-02

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Strömen und Spannungen in Mehrphasenwandlern (1), die mit einem Regler (32) versehen sind, welchem zur Berechnung von Reglerausgangsgrößen (33, 34) als Eingangsgrößen Stromgrößen (30, 31) bzw. Spannungsgrößen aufgegeben werden. Die Mehrphasenwandler (1) werden mit einer geraden Anzahl mit versetzter Taktung (6) versehenen Halbbrücken (13) betrieben. Die Strom- bzw. Spannungsmessung (16) erfolgt an jeweils zwei zu einer Stromerfassungseinheit (15) zusammengefaßten Halbbrücken (13).

Description

Technisches Gebiet

Spannungswandler werden in der Regel mit einem Regler ausgestattet. Zur Ermittlung der Reglerausgangsgrößen sind als Eingangsgrößen die Ströme und Spannungen erforderlich. Bei mehrfach versetzt getakteten Spannungswandlern sind dabei in jedem Pfad (d. h. jeder Phase) des Spannungswandlers eigene Stromsensoren notwendig, um Asymmetrien und Toleranzen ausgleichen zu können.

Stand der Technik

Die Umformung von elektrischer Energie, beispielsweise in einem Fahrzeugbordnetz, er folgt heute üblicherweise durch statische Umrichter. In diesen leistungselektronischen Schaltungen werden häufig Gleichgrößen in Wechselgrößen einer bestimmten Frequenz oder umgekehrt Wechselgrößen in Gleichgrößen umgeformt. Die Wechsel- bzw. Gleich größen sind beispielsweise Spannungen oder Ströme. Für die Umformung der Größen be steht auch die Möglichkeit, daß Gleichgrößen in Gleichgrößen, beispielsweise eine Gleich spannung in eine Gleichspannung mit einem anderen Spannungsniveau umgeformt werden. Bei dieser Spannungsumformung kann auch ein Energiefluß in beiden Richtungen erfol gen.

DE 196 46 043 A1 bezieht sich auf einen Umrichter für die Umformung von elektrischer Energie, bei dem in einem Fahrzeugbordnetz die von einem Drehstromgenerator gelieferte Spannung umgeformt wird. Bei diesem bekannten System wird der Drehstromgenerator gleichzeitig auch als Starter betrieben. Damit die Maschine sowohl als Starter als auch als Generator arbeiten kann und zur optimalen Regelung der Ausgangsspannung bei Genera torbetrieb, ist die elektrische Maschine über eine gesteuerte Gleichrichterbrücke über einen Zwischenkreiskondensator mit dem Bordnetz einschließlich der Batterie verbunden. Die Gleichrichterbrücke umfaßt dabei sechs Pulswechselrichterelemente, die von einem Bord netzsteuergerät angesteuert werden.

DE 199 47 476.1 bezieht sich auf einem Umrichter für die Umformung von elektrischer Energie. Es werden Umrichter für die Umformung von elektrischer Energie, insbesondere für ein Fahrzeugbordnetz angegeben, die wenigstens eine Halbbrücke aufweisen, die ihrer seits wenigstens einen High-Side- und einen Low-Side-Schalter mit einer vorgebbaren An zahl von Schaltern umfaßt. Der High-Side- und der Low-Side-Schalter weisen einen ge meinsamen Anschluß auf, der mit einem die elektrische Energie erzeugenden Mittel in Verbindung steht. Parallel zur Halbbrücke liegt ein Zwischenkreiskondensator, dessen Ka pazität möglichst kleingehalten werden soll. Dazu wird die Ansteuerung der Schalter der Halbbrücke gegeneinander versetzt vorgenommen, so daß der vom Zwischenkreiskonden sator zu liefernde Strom möglichst gering bleibt.

Bei Mehrphasenwandlern mit vier versetzt getakteten Halbbrücken kann eine Strommes sung in jeder Phase erfolgen, d. h. jeder Phase der Halbbrücke ist ein eigenes Strommeß element zugeordnet. Daneben lassen sich in Mehrphasenwandlern mit versetzt getakteten Halbbrücken Strommeßelemente im Transistorpfad sowohl auf der High-Side oder auch auf der Low-Side im Transistorpfad anordnen.

Die verwendeten Strommeßelemente können zum Beispiel als Shunt oder als Kompensa tionsmeßwandler oder dergleichen beschaffen sein. In einfachen Schaltungsanordnungen reduziert sich die Auswahl auf die Verwendung von Shunts.

Bei mehrphasig aufgebauten Wandlern erhöht sich mit der Phasenzahl auch die Anzahl der verwendeten Shunts und der Auswerteschaltung proportional mit, was die Bauelementan zahl und damit die Kosten entsprechend in die Höhe treibt.

Darstellung der Erfindung

Die mit der erfindungsgemäßen Lösung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu erblic ken, daß unter Anwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens bei versetzt getakteten Mehrphasenwandlern mit gerader Phasenanzahl die für dessen Regler notwen digen Reglereingangsgrößen mit einer erheblich reduzierten Anzahl von Strommeßele menten bereitgestellt werden können. Als Strommeßelemente lassen sich bei einfachen Schaltungsanordnungen Shunts, bei aufwendigeren Anordnungen Kompensationswandler einsetzen.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann die notwendige Anzahl von Stromaufnehmern halbiert werden. Dies hat nicht nur den unmittelbaren Effekt der Bauelementereduzierung und der damit verbundenen Kostenreduktion zur Folge, sondern reduziert den Aufwand, der an einer nachgeordneten Schaltung zur Auswertung zu betreiben ist, erheblich. Es kann auf Stromverstärker, A/D-Wandler und Überwachungsschaltungen verzichtet werden, so daß auch die Anzahl möglicher Fehlerquellen abnimmt und sich die Schaltungsdiagnose erheblich vereinfachen läßt.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden mit einem Strommeßglied zwei um 180° pha senversetzte Ströme angesteuert, erfaßt und ausgewertet und dem Regler des Mehrphasen wandlers, wie zum Beispiel eines Spannungswandlers, als Eingangsgrößen aufgegeben. Zur Generierung von Strommeßpausen wird die Strommessung mittels eines Trigger- Bausteins ausgelöst. Verglichen mit herkömmlichen Regleranordnungen ist nur die halbe Anzahl von Strommeßelementen sowie die zu diesen gehörige Elektronik notwendig. Fer ner werden die zu messenden Ströme stets in ihrem Mittelwert erfaßt, so daß eine Signal weiterverarbeitung hinsichtlich einer Mittelwertbildung ebenfalls entfallen kann. Im Re gelkreis kann eine schnelle Überstromüberwachung erfolgen, wenn die eingesetzte Über wachung jeweils synchronisiert mit den einzelnen zu messenden Strömen I₁, I₂ umge schaltet wird.

Die Anordnung der Strommeßelemente kann sowohl auf der High-Side als auch auf der Low-Side im Transistorpfad des Mehrphasenwandlers angeordnet werden.

Je nach Ausbildung des Mehrphasenwandlers mit 4, 6 oder einer noch höheren geraden Anzahl von versetzt getakteten Halbbrücken, ist eine dieser Anzahl von Eingängen bzw. Ausgängen entsprechende Reglerstruktur vorzusehen.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ergibt sich dann, wenn die Ansteuerung der Transistoren in den Transistorphasen mittels Center-Aligned PWM-Signalen erfolgt. Die sich damit einstellenden Pulspausen erlauben eine besonders zuverlässige Strommessung, da die sich einstellenden Pulspausen ausrei chende Meßzeiten gestatten.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend detailliert beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Mehrphasenwandler (U₂/U₁-Spannungswandler) mit 4 versetzt getakteten Halbbrücken und Strommessung im Transistorpfad,

Fig. 2 einen Mehrphasenwandler gemäß Fig. 1, jedoch mit 6 getakteten Halbbrüc ken,

Fig. 3 einen vollständigen Regelkreis mit Darstellung von zwei versetzt um 180° an geordneten Halbbrücken,

Fig. 4, 5 die Erzeugung von 180°-versetzten Center-Aligned PWM-Befehlen,

Fig. 6 die Erzeugung von Triggersignalen (Trigger 1) und

Fig. 7 die Erzeugung von 180°-versetzten Triggersignalen (Trigger 2) zur Auslösung von Strommeßvorgängen im Mehrphasenwandler.

Ausführungsvarianten

Der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Mehrphasenwandler (U₂/U₁-Spannungswandler) mit 4 versetzt getakteten Halbbrücken und Strommessung im Transistorpfad entnehmbar.

Im Falle des in Fig. 1 dargestellten Mehrphasenwandlers 1 handelt es sich um einen Spannungswandler, dessen an der Eingangsseite 2 anstehende Spannung U₁ in die an der Ausgangsseite 3 abgreifbare Ausgangsspannung U₂ transformiert wird. Sowohl an der Ein gangsseite 2 des Spannungswandlers 1 gemäß der Darstellung in Fig. 1 als auch auf der Ausgangsseite 3 des Spannungswandlers sind Kapazitäten 4 bzw. 5 vorgesehen. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 umfaßt der Spannungswandler 1 vier versetzt getaktete Halbbrücken 13, die jeweils mit P1, P2, P3 und P4 gekennzeichnet sind. Die einzelnen Halbbrücken 13 des Spannungswandlers 1 gemäß der Darstellung in Fig. 1 werden mit versetzter Taktung 6 betrieben, die 180° beträgt. Die Halbbrücke 13, P1 und die Halbbrücke 13, welche mit P3 bezeichnet ist, werden, absolut gesehen, mit 0° und 180° betrieben, während die mit P2 und P4 bezeichneten Halbbrücken 13 absolut gesehen mit 90° und unter 270° Phasenwin kel betrieben werden.

Die einzelnen Halbbrücken 13 umfassen sowohl auf ihrer High-Side 11 als auch ihrer Low- Side 12 jeweils einen Transistor 8, dessen Transistorbasis 9 über ein pulsweitenmoduliertes Signal, wie nachstehend noch gezeigt werden wird, angesteuert wird. Parallel zum jeweili gen Transistor 8 auf der High-Side 11 bzw. der Low-Side 12 der Halbbrücke 13 liegt eine Sperrdiode 10. Die einzelnen Halbbrücken 13, d. h. P1, P2, P3 und P4 sind mit Entkopp lungsinduktivitäten 7 versehen.

Je zwei der Halbbrücken 13 im in Fig. 1 dargestellten Beispiel die Halbbrücken P1 und P3 sowie die Halbbrücken P2 und P4 sind zu Stromerfassungseinheiten 15 zusammenge schaltet. In der Darstellung gemäß Fig. 1 sind den jeweiligen Stromerfassungseinheiten 15, jeweils bestehend aus zwei Halbbrücken 13, die zueinander versetzt getaktet werden, Strom- bzw. Spannungsmeßelemente 14 zugeordnet. In der Darstellung gemäß Fig. 1 liegen die Strom- bzw. Spannungsmeßelemente 14 auf der Low-Side der jeweiligen Halb brücken 13. Alternativ können die in Fig. 1 auf der Low-Side 12 liegenden Stromerfas sungselemente 14 auch auf der High-Side 11 der jeweiligen Halbbrücken angeordnet sein. Entscheidend ist der Umstand, daß mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfah rens mit einem Strommeßelement 14 die Ströme in zwei Halbbrücken 13 erfaßt ausgewer tet und einem in Fig. 1 nicht dargestellten Regler als Eingangsgrößen zur Verfügung ge stellt werden können.

Der Darstellung gemäß Fig. 2 ist ein Mehrphasenwandler gemäß Fig. 1, jedoch mit 6 getakteten Halbbrücken entnehmbar.

Der Mehrphasenwandler 2, bei dem es sich analog zur Darstellung gemäß Fig. 1 um einen Spannungswandler handeln kann, wandelt eine an der Eingangsseite 2 anstehende Span nung U₁ in eine an der Ausgangsseite 3 abgreifbare Ausgangsspannung U₂ um. Sowohl an der Eingangsseite 2 als auch an der Ausgangsseite 3 des Mehrphasenwandlers gemäß der Darstellung in Fig. 2 sind Kapazitäten 4 bzw. 5 aufgenommen. Im Unterschied zur Dar stellung gemäß Fig. 1 umfaßt der in Fig. 2 wiedergegebene Mehrphasenwandler 6 Halb brücken 13, die durch P1, P2, P3, P4, P5 bzw. P6 gekennzeichnet sind. Jede der Halbbrüc ken 13 umfaßt auf der High-Side 11 einen Kondensator 8, dem eine Sperrdiode 10 parallel geschaltet ist. Diese Anordnung findet sich auch auf der Low-Side 12 der jeweiligen Halb brücken 13, bezeichnet mit P1 bis P6, wieder. Analog zur Darstellung gemäß Fig. 1 ist jeder Halbbrücke 13 eine Entkopplungsinduktivität 7 zugeordnet.

Jeweils zwei der Halbbrücken 13, in der Darstellung gemäß Fig. 2 die Halbbrücke P1 und die Halbbrücke P4, bzw. die Halbbrücke P2 und die Halbbrücke PS sowie die Halbbrücke P3 und die Halbbrücke P6, sind zu gemeinsamen Stromerfassungseinheiten 15 zusammen geschaltet, denen auf der Low-Side 12 der jeweiligen Halbbrücken 13 ein Strom- bzw. ein Spannungsmeßelement 14 zugeordnet ist. Bei einfachen Schaltungsanordnungen kann das Strom- bzw. Spannungsmeßelement 14 als ein Shunt ausgebildet sein; das Strom- bzw. Spannungsmeßelement kann aber ebensogut als ein Kompensationswandler beschaffen sein. Die in der Darstellung gemäß Fig. 2 am Mehrphasenwandler 1 vorgesehen 6 Halb brücken sind jeweils mit einer versetzten Taktung 6 von 180° betreibbar. Durch die Zuord nung eines Strommeßelementes 14 in Gestalt eines Shunts oder eines Kompensations wandlers zu jeweils einer Stromerfassungseinheit 15, lassen sich die beiden Ströme I₁, I₂ einer jeden Halbbrücke 13 mit einem gemeinsamen Strommeßglied erfassen, auswerten und einem in den Darstellungen gemäß der Fig. 1 und 2 nicht dargestellten Regler als Eingangsgrößen aufgeben. Dadurch läßt sich einerseits die Anzahl der einzusetzenden Bauelemente reduzieren, andererseits ist der Aufwand, der hinsichtlich einer nachgeordne ten Schaltung zu betreiben ist, erheblich minimiert. Strommeßverstärker, Analog/Digital- Wandler sowie Überwachungsschaltungen können in der Folge reduziert und somit die auftretenden Fehlermöglichkeiten herabgesetzt werden.

Der Darstellung gemäß Fig. 3 ist ein vollständiger Regelkreis mit Darstellung von zwei versetzt um 180° angeordneten Halbbrücken entnehmbar.

Stellvertretend für eine Stromerfassungseinheit 15 gemäß einer der Fig. 1 oder 2 sind in der Darstellung gemäß Fig. 3 die Low-Side-Bereiche 12 von zwei Halbbrücken 13 darge stellt, in denen jeweils ein Transistor 8 mit zugehöriger Transistorbasis 9 aufgenommen ist. Parallel zu den Transistoren 8 in jeder der Halbbrücken 13 sind Sperrdioden 10 geschaltet. Die Transistorbasis 9 wird jeweils über ein PWM-Signal 2, Bezugszeichen 39, bzw. über ein PWM 1-Signal 38 angesteuert, wobei die beiden PWM-Signale 38 bzw. 39 von einem PWM-Regler 35 generiert werden.

Die Ströme I₁ bzw. I₂ in den beiden Halbbrücken 13 der gemeinsamen Stromerfassungs einheit 15 werden über ein der Stromerfassungseinheit 15 zugeordnetes Strom- bzw. Span nungselement 14 ermittelt. Die Strommessung 16 erfolgt mittels Widerständen 17 und ei nes der Strommeßeinheit 16 zugeordneten Operationsverstärkers. Der Strommeßeinheit 16 nachgeordnet ist in der Darstellung gemäß Fig. 3 eine Überwachungseinheit 20, mit der sich einstellende Überströme erkannt und entsprechende Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden können. Die Überwachungseinheit 20 umfaßt einen Operationsverstärker 22, an dem eingangsseitig ein maximal zulässiger Stromwert 21 eingegeben werden kann. Durch die gemäß Fig. 3 dargestellte Überwachungseinheit 20 läßt sich ein Fehlersignal 23 gene rieren, welches das Einleiten von Abschaltvorgängen und dergleichen auslöst.

Dem Abgriffspunkt 24, an dem die ausgangsseitigen Ströme der Strommeßeinheit 16 an die Überwachungseinheit 20 übermittelt werden, nachgeordnet ist ein Sample & Hold- Baustein 27. Dieser umfaßt einen Öffnungs- bzw. Schließschalter 26, dem eine Kapazität 25 nachgeordnet ist. Der Sample & Hold-Baustein 27 umfaßt darüber hinaus einen Opera tionsverstärker 22; dem Sample & Hold-Baustein 27 ist ein A/D-Wandler 28 nachgeschal tet, dem wiederum ein Schalter 29 nachgeordnet ist, über den entweder die Messung des Stromes I₁, Bezugszeichen 30, oder des Stromes I₂, Bezugszeichen 31, ausgelöst werden kann.

Die gemessenen Werte für die Ströme I₁, Bezugszeichen 30, und I₂, Bezugszeichen 31 werden einem Regler 32 des Mehrphasenwandlers 1 als Eingangsgrößen zugeführt, der zum Beispiel als ein Mikroprozessor ausgestaltet sein kann. Ausgangsseitig generiert der Regler 32 eine 1. PWM-Steuergröße 34 sowie eine 2. PWM-Steuergröße 33, die dem PWM-Regler 35 jeweils als Eingangsgrößen aufgegeben werden. Im PWM-Regler 35, der dem Regler 32 des Mehrphasenwandlers 1 nachgeschaltet ist, werden ausgangsseitig so wohl ein PWM 1-Signal 38 als auch ein PWM 2-Signal 39 generiert. Ausgangsseitig wer den ebenfalls im PWM-Regler 35 ein 1. Triggersignal 36 bzw. ein 2. Triggersignal 37 ge neriert. Die beiden Triggersignale 36 bzw. 37 stehen sowohl am Schalter 29, mit dem in die Strommessung für I₁, Bezugszeichen 30, als auch in die Strommessung für I₂, Bezugs zeichen 31, verzweigt werden kann, als auch am A/D-Wandler 28, welcher dem Sample & Hold-Baustein 27 nachgeordnet ist, an. Das 1. Triggersignal 36 sowie das 2. Triggersignal 37 werden darüber hinaus einer "ODER"-Verknüpfung 40 aufgegeben, wobei der Aus gangswert der "ODER"-Verknüpfung 40 sowohl dem Schalter 26 des Sample & Hold- Bausteins 27 als auch dem diesen nachgeordneten A/D-Wandler 28 zugeführt wird.

Die ausgangsseitig am PWM-Regler 35 erzeugten PWM-Signale 1 bzw. 2, Bezugszeichen 38 bzw. 39, stehen als Center-Aligned PWM-Signale 59 zur Verfügung und steuern die entsprechenden Basen 9 der Transistoren 8, die in den beiden Halbbrücken 13, aus denen eine Stromerfassungseinheit 15 gebildet ist, angeordnet sind.

Den Darstellungen gemäß der Fig. 4 und 5 ist die Erzeugung von 180° versetzten Cen ter-Aligned PWM-Signalen zu entnehmen.

Fig. 4 zeigt die Generierung von Center-Aligned PWM-Signalen 59 anhand einer auf konstantem Spannungsniveau 56 liegenden Steuerspannung 50 und anhand einer Referenzspannung 51. Die Referenzspannung 51 läßt sich durch abfallende Flanken 52 bzw. anstei gende Flanken 53 charakterisieren. An den Schnittpunkten 54 der abfallenden Flanken 52 bzw. der ansteigenden 53 der Referenzspannung 51 mit der im wesentlichen konstant ver laufenden Steuerspannung 50 entstehen Schaltpunkte, welche die sich einstellenden Pul spausen 58 des Center-Aligned Pulsweitensignals 59 bzw. dessen Pulsdauer 61 definieren.

Das Center-Aligned PWM-Signal gemäß der Darstellung in Fig. 4, Bezugszeichen 59 wird durch einen digitalen Schalter 55 generiert, an dessen positiven Eingangsseite die Referenzspannung 51 und an dessen negativem Eingang die Steuerspannung 50 auf kon stantem Niveau 56 anliegt.

Demgegenüber läßt sich der Darstellung gemäß Fig. 5 ein verschobenes Center-Aligned PWM-Signal entnehmen. Im Unterschied zur Darstellung gemäß Fig. 5 verläuft die Steu erspannung 50 im oberen Diagramm der Fig. 5 auf einem 2. Steuerspannungsniveau 57, welches unter dem Spannungsniveau 56 der Steuerspannung 50 gemäß der Darstellung in Fig. 4 liegt. Dadurch stellen sich bei analog anliegender Referenzspannung 51 am digita len Schalter 55 verschobene Schaltpunkte 54 ein, an dem der Referenzspannungsverlauf 51 mit seinen abfallenden Flanken 52 bzw. seinen ansteigenden Flanken 53 die im wesentli chen konstant verlaufende Steuerspannung 50 auf deren 2. Steuerspannungsniveau 57 schneidet. Die durch die Schaltpunkte der abfallenden Flanken 52 bzw. der ansteigenden Flanken 53 gegebenen Pulsdauern 61 bzw. Pulspausen 58 sind um die Versetzung 60 rela tiv zu dem PWM-Signal 59 gemäß der Darstellung in Fig. 4 verschoben.

Mit den in Fig. 4 bzw. Fig. 5 erzeugten Center-Aligned PWM-Signalen 59 werden ge mäß der Darstellung in Fig. 3 die jeweiligen Transistorbasen 9 im Low-Side-Bereich 12 der beiden Halbbrücken 13 der Stromerfassungseinheit 15 beaufschlagt. Dadurch läßt sich die in Fig. 1 und Fig. 2 mit Doppelpfeilen bezeichnete jeweilige versetzte Taktung 6 realisieren.

Der Darstellung gemäß Fig. 6 ist die Generierung von Trigger-Signalen (Trigger 1) ent nehmbar.

Dazu wird ein digitaler Schalter 55 sowohl mit einer Referenzspannung 51 als auch mit einer Triggerspannung 70 beaufschlagt. Das sich einstellende Triggersignal 36 hat die Form eines Center-Aligned PWM-Signals, welches sich jedoch von diesem durch eine kür zere Pulsdauer 74 und eine längere Pulspause 73 unterscheidet.

Die Triggerspannung 70 U_Trigger verläuft gemäß der Darstellung in Fig. 6 im oberen Dia gramm auf einem im wesentlichen konstanten Niveau, bezeichnet mit Bezugszeichen 71. Die Referenzspannung 51 nimmt den bereits im Zusammenhang mit den Fig. 4 und 5 bezeichneten sägezahnförmigen Verlauf ein und ist im wesentlichen durch ansteigende Flanken 53 bzw. abfallende Flanken 52 gekennzeichnet. An den Schaltpunkten 54 schnei den die ansteigenden Flanken 53 bzw. die abfallenden Flanken 52 der Referenzspannung 51 die Triggerspannung, wodurch ein Triggersignal 1, Bezugszeichen 36, generiert wird. Je nach Höhe der Triggerspannung lassen sich die Pulsdauern 74 der Triggersignale 36 bzw. 37 einstellen und gegeneinander relativ verschieben. Dem in Fig. 6 dargestellten Verlauf des Triggersignals 1, Bezugszeichen 36, ist entnehmbar, daß die sich einstellenden Trigger pulspausen 73 länger als die Pulspausen 58 der PWM-Signale gemäß den Darstellungen in Fig. 4 und 5 sind und daß die Dauer des Triggersignals 1, 36, bezeichnet mit Bezugszei chen 74, kürzer ist als die Pulsdauer 61 eines PWM-Signals 38 oder 39 (Center-Aligned PWM-Signal 59).

Fig. 7 zeigt die Erzeugung von 180° versetzten Triggersignalen (Trigger 2) zur Auslösung von Strommeßvorgängen im Mehrphasenwandler.

Der Darstellung gemäß Fig. 7 ist entnehmbar, daß die Triggerspannung 70 (U_Trigger) auf einem 2. Triggerspannungsniveau 72 verläuft, welches niedriger liegt als das Triggerspan nungsniveau 71 gemäß der Darstellung in Fig. 6. Dadurch stellen sich verschobene Schaltpunkte 54 ein, an denen die ansteigende Signalflanke 53 bzw. die abfallende Signal flanke 52 die im wesentlichen auf konstantem Spannungsniveau 72 verlaufende Trigger spannung 70 U_Trigger schneiden. Durch das gewählte 2. Spannungsniveau 72 der Trigger spannung 70 läßt sich eine mit Bezugszeichen 60 identifizierte Versetzung der Triggersi gnale 36 und 37 zueinander realisieren. Die in Fig. 6 und Fig. 7 jeweils im unteren Dia gramm der gegebenen Verläufe des 1. und des 2. Triggersignals 36 bzw. 37 weisen jeweils gemeinsame Triggersignalpausen 73 und gemeinsame Triggersignalpulsdauern 74 auf, sind jedoch zueinander um die Versetzung 60 verschoben.

Aus der Generierung von versetzten PWM-Signalen 38 bzw. 39 als Center-Aligned PWM- Signal 59 und der Erzeugung von versetzten Triggersignalen 1 und 2, Bezugszeichen 36 bzw. 37, am PWM-Regler 35 kann die Messung der Ströme 30 bzw. 31 I₁, I₂ in der Stro merfassungseinheit 15 über einen gemeinsames Strommeßelement 14, sei es ein Shunt, sei es ein Kompensationswandler, erfolgen. Die Pulspausen 58 der PWM-Signale 38 bzw. 39 als Center-Aligned PWM-Signale 59 sind dabei so bemessen, daß in den Pulspausen eines Stroms der Ströme I₁ und I₂ der jeweils andere Strom gemessen werden kann und umge kehrt. Dazu ist am PWM-Regler 35, der dem Regler 32 des Mehrphasenwandlers 1 zugeordnet ist, der PWM-Bereich von 5% bis 95% eingestellt. Über die ausgangsseitig am PWM-Regler 35 anstehenden Triggersignale 36 bzw. 37 wird der Schalter 29 beaufschlagt, der in der Darstellung gemäß Fig. 3 die jeweilige Strommessung von Strom I₁ bzw. I₂ auslöst. Zu dieser Ansteuerung des Schalters 29 synchronisiert, erfolgt über ein durch die Triggersignale 36 bzw. 37 beaufschlagtes "ODER"-Verknüpfungselement 40 die Auswahl jeweils eines der Triggersignale am Sample & Hold-Baustein 27 bzw. am diesem nachge ordneten A/D-Wandler 28. Dadurch wird in Abstimmung auf die Pulspausenlängen 58 der PWM-Signale 38 bzw. 39, die als Center-Aligned PWM-Signale 59 vom Regler 35 gene riert werden, die Strommessung 16 am Strommeßelement 14 einer Stromerfassungseinheit 15 ständig zwischen einer Halbbrücke 13 (P1) auf die in versetzter Taktung 6 betriebene Halbbrücke P3 oder in Anlehnung an Fig. 2 von der Halbbrücke P1 auf die Halbbrücke P4 usw. umgeschaltet.

Für mehrere Phasen als die in Fig. 1 bzw. Fig. 2 dargestellten vier bzw. 6 Phasen, d. h. Halbbrücken 13 im Mehrphasenwandler ist der dem Mehrphasenwandler 1 jeweils zuge ordnete Regler 32 mit einer entsprechend größeren Anzahl von Reglerein- bzw. ausgängen auszulegen. Die in solchen Schaltungsanordnungen die Kosten erhöhenden Schaltungsele mente wie zum Beispiel Strommeßglied, A/D-Wandler und Auswerteschaltung reduzieren sich mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens um die Hälfte.

Bezugszeichenliste

1

Mehrphasenwandler

2

Eingangsseite (U₁

)

3

Ausgangsseite (U₂

)

4

Eingangskapazität

5

Ausgangskapazität

6

versetzte Taktung

7

Entkopplungsinduktivität
P1 Phase
P2 Phase
P3 Phase
P4 Phase
P5 Phase
P6 Phase

8

Transistor

9

Transistorbasis

10

Sperrdiode

11

High-Side

12

Low-Side

13

Halbbrücke

14

Strommeßelement

15

Stromerfassungseinheit

16

Strommessung

17

Widerstand

20

Überwachungsbaustein

21

Maximalwertvorgabe

22

Operationsverstärker

23

Fehlersignal

24

Abgriffspunkt

25

Kapazität

26

Schalter

27

Sample & Hold-Baustein

28

A/D-Wandler

29

Schalter

30

Strom I₁

31

Strom I₂

32

Regler (µP)

33

1

. PWM-Steuergröße

34

2

. PWM-Steuergröße

35

PWM-Regler

36

1

. Triggersignal

37

2

. Triggersignal

38

PWM 1-Signal

39

PWM 2-Signal

40

"ODER"-Verknüpfung

50

Steuerspannung U_St

51

Referenzspannung U_Ref

52

abfallende Flanke

53

ansteigende Flanke

54

Schaltpunkt

55

digitaler Schalter

56

1

. Steuerspannungsniveau
57.

2

. Steuerspannungsniveau

58

Pulspause

59

Center-Aligned PWM-Signal

60

Versetzung

61

Pulsdauer

70

Triggerspannung U_Trigger

71

1

. Triggerspannungsniveau

72

2

. Triggerspannungsniveau

73

Triggersignalpause

74

Triggersignaldauer

Claims

1. Verfahren zur Messung von Strömen und Spannungen an Mehrphasenwandlern (1), die mit einem Regler (32) versehen sind, welchem zur Berechnung von Regleraus gangsgrößen (33, 34) als Eingangsgrößen Ströme (30, 31) bzw. Spannungen aufgege ben werden und die mit einer geraden Anzahl in versetzter Taktung (6) betreibbare Halbbrücken (13) betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom- bzw. Spannungsmessung (16) an jeweils zwei zu einer Stromerfassungseinheit (15) zusam mengefaßten Halbbrücken (13) erfolgt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom- bzw. Span nungsmessung (16) in der Stromerfassungseinheit (15) entweder auf Seiten der High- Side (11) oder auf Seiten der Low-Side (12) der jeweiligen Halbbrücken (13) erfolgt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglerausgangsgrößen (33, 34) einem PWM-Regler (35) zugeführt werden, der Center-Aligned PWM-Signale (59) generiert.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der PWM-Regler (35) ausgangsseitig sowohl ein PWM 1-Signal (38) als auch ein PWM 2-Signal (39) sowie Triggersignale (36, 37) generiert.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationsbereich für die Center-Aligned PWM-Signale (59) zwischen 5% und 95% liegt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versetzung (60) des PWM 1-Signals (38) zum PWM 2-Signal (39) der versetzten Taktung (6) der beiden Halbbrücken (13) der Stromerfassungseinheit (15) entspricht.

7. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsdauer (61) des PWM 1- und des PWM 2-Signals (38, 39) die Pulsdauer (74) der Triggersignale (36, 37) übersteigt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbbrücken (13) der Stromerfassungseinheit (15) in einer versetzten Taktung (6) von 180° betrieben wer den.

9. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggersignale (36, 37) und die PWM 1- bzw. PWM 2-Signale (38, 39) derart synchronisiert sind, daß in den Pulspausen (58) des PWM 1-Signals (38) der Strom I₂ (31) und in den Pulspausen (58) des PWM 2-Signals (39) der Strom I₁ (30) ermittelt wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom- bzw. Span nungsmessung (16) in den Stromerfassungseinheiten (15) mittels Meßelementen (14) wie Shunts erfolgt.

11. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom- bzw. Span nungsmessung (16) in den Stromerfassungseinheiten (15) über als Meßelemente (14) dienende Kompensationswandler erfolgt.

12. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Triggersignalen (36, 37) des PWM-Reglers (35) ein Schaltelement (29) zur Auswahl von zu messenden Strömen I₁, I₂ (30, 31) unter Zwischenschaltung einer "ODER"-Verknüpfung (40) ei nem Sample & Hold-Baustein (27) und einem A/D-Wandler (28) aufgegeben werden.

13. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom- /Spannungsmessung (16) eine Überstrom/Überspannungsüberwachung (20) zugeord net ist.