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TECHNISCHES GEBIET
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Ausführungsformen
des hierin beschriebenen Gegenstands betreffen allgemein elektrische
Antriebssysteme für
Fahrzeuge. Insbesondere betreffen die Ausführungsformen des Gegenstands
Energieversorgungsarchitekturen für Steuerungsprozessoren, wie
sie in einem elektrischen Wechselrichter-Antriebssystem Anwendung finden.
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HINTERGRUND
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In
früheren
Jahren haben sowohl technologische Fortschritte als auch sich immer
weiterentwickelnde Geschmacksrichtungen zu grundlegenden Änderungen
im Design von Automobilen geführt. Eine
der Änderungen
umfasst die Energienutzung und Komplexität der verschiedenen elektrischen
Systeme in Automobilen, insbesondere Fahrzeuge mit alternativen
Kraftstoffen, wie zum Beispiel Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeuge.
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Viele
der elektrischen Komponenten, einschließlich der in solchen Fahrzeugen
verwendeten elektrischen Motoren, empfangen Energie von Wechselstrom(AC)-Energieversorgungen.
Die in solchen Anwendungen benutzten Energiequellen (z. B. Batterien)
liefern jedoch Gleichstrom(DC)-Energie. Daher werden Vorrichtungen,
die als ”Energie-Wechselrichter” bekannt
sind, benutzt, um die DC-Energie in AC-Energie umzuwandeln. Solche
Energie-Wechselrichter verwenden oftmals mehrere Schaltgeräte, oder
Transistoren, betrieben in verschiedenen Anordnungen, um die DC-Energie
in AC-Energie umzuwandeln.
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Typischerweise
werden die Schaltgeräte
des Wechselrichters mit Pulsbreitenmodulations(PWM)-Techniken betrieben,
um das Ausmaß an für den elektrischen
Motor bereitge stellten Strom und/oder Spannung zu steuern. Oftmals
erzeugt eine Mikroprozessor-Architektur oder ein Steuermodul PWM-Signale für die Schaltgeräte im Wechselrichter, und
stellt die PWM-Signale für
einen Gate-Driver bereit, welcher die Schaltgeräte ein- und ausschaltet. Einige
Wechselrichter-Steuermodule
verwenden mehrere auf einer Schaltplatine montierte Prozessorchips.
Herkömmliche
Anwendungen mit Multi-Prozessorsteuerung
für Fahrzeug-basierte
Wechselrichter-Systeme
verwenden eine einzelne Spannungsreglerkomponente, die die geregelten
Versorgungsspannungen für
jede Prozessorvorrichtung bereitstellt. Ein Verlassen auf eine einzelne
Spannungsreglerkomponente kann problematisch sein, da der Betrieb
aller Prozessorvorrichtungen von dieser einzelnen Komponente abhängt. Hinzu
kommt, dass ein einzelner Spannungsregler, der mehrere Prozessoren
versorgt, zu einer Hitzeansammlung auf der Steuerungs-Schaltplatine
führt,
wobei es schwierig sein kann, effektiv und schnell die von dem Spannungsregler
erzeugte thermische Energie abzuführen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Es
wird eine Multi-Prozessor-Steuerung für einen Wechselrichter eines
elektrischen Antriebssystems in einem Fahrzeug bereitgestellt. Die
Steuerung verwendet unterscheidbare und physisch separate Spannungsregler
für die
Prozessorvorrichtungen, im Gegensatz zu einer einzelnen Spannungsreglerkomponente.
Jeder Spannungsregler kann die geregelte Spannungsversorgung für eine Anzahl
physisch unterscheidbarer Prozessorvorrichtungen bereitstellen. Diese
Energieversorgungstopologie kann die Robustheit der Multi-Prozessor-Steuerung verbessern, während eine
verbesserte Hitzeabführung
erzielt wird.
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Es
wird eine Multi-Prozessor-Steuerung für einen Wechselrichter in einem
elektrischen Traktionssystem eines Fahrzeugs bereitgestellt. Die
Multi-Prozessor-Steuerung umfasst eine erste Prozessorvorrichtung
mit einem ersten Versorgungsspannungsknoten, eine zweite Prozessorvorrichtung
mit einem zweiten Versorgungsspannungsknoten, einen ersten Spannungsregler,
und einen zweiten Spannungsregler. Der erste Spannungsregler weist
einen ersten Ausgangsspannungsknoten auf, der mit dem ersten Versorgungsspannungsknoten
gekoppelt ist, wobei der erste Spannungsregler eingerichtet ist,
um eine erste geregelte Versorgungsspannung für die erste Prozessorvorrichtung
zu erzeugen. Der zweite Spannungsregler weist einen zweiten Ausgangsspannungsknoten
auf, der mit dem zweiten Versorgungsspannungsknoten gekoppelt ist,
wobei der zweite Spannungsregler eingerichtet ist, um eine zweite
geregelte Versorgungsspannung für
die zweite Prozessorvorrichtung zu erzeugen. Die erste Prozessorvorrichtung
und die zweite Prozessorvorrichtung sind eingerichtet, um den Betrieb
des Wechselrichters zu steuern.
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Außerdem wird
ein elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug bereitgestellt.
Das elektrische Antriebssystem umfasst eine Energiequelle, einen elektrischen
Motor, einen mit der Energiequelle und dem elektrischen Motor gekoppelten
Wechselrichter, wobei der Wechselrichter eingerichtet ist, Gleichstrom
von der Energiequelle in einen Wechselstrom für den elektrischen Motor umzuwandeln,
und eine mit dem Wechselrichter gekoppelte Multi-Prozessor-Steuerung.
Die Multi-Prozessor-Steuerung
umfasst eine Mehrzahl von Prozessorvorrichtungen, welche in eine
Mehrzahl von sich gegenseitig ausschließenden Teilmengen gruppiert
und eingerichtet sind, um den Betrieb des Wechselrichters zu steuern, um
einen gewünschten
Energiefluss zwischen der Energiequelle und dem elektrischen Motor
zu erzielen. Die Multi-Prozessor-Steuerung umfasst außerdem eine
Mehrzahl von Spannungsreglern, wobei jeder Spannungsregler eingerichtet
ist, um eine entsprechende geregelte Versorgungsspannung für eine jeweils
verschiedene der sich gegenseitig ausschließenden Teilmengen zu erzeugen.
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Außerdem wird
eine Multi-Prozessor-Steuerung mit einem ersten Spannungsregler
bereitgestellt, der eingerichtet ist, um eine erste geregelte Versorgungsspannung
an seinem Ausgabeknoten zu erzeugen, einen zweiten Spannungsregler,
der eingerichtet ist, um eine zweite geregelte Versorgungsspannung
an seinem Ausgangsknoten zu erzeugen, eine erste Mehrzahl von Prozessorvorrichtungen, und
eine zweite Mehrzahl von Prozessorvorrichtungen. Jede Prozessorvorrichtung
aus der Mehrzahl von Prozessorvorrichtungen weist einen entsprechenden
Versorgungsspannungsknoten auf, der mit dem Ausgangsknoten des ersten
Spannungsreglers gekoppelt ist, um die erste geregelte Versorgungsspannung
aufzunehmen, wobei jede Prozessorvorrichtung der zweiten Mehrzahl
von Prozessorvorrichtungen einen entsprechenden Versorgungsspannungsknoten
aufweist, der mit dem Ausgangsknoten des zweiten Spannungsreglers
gekoppelt ist, um die zweite geregelte Versorgungsspannung anzunehmen.
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Diese
Zusammenfassung wird bereitgestellt, um eine Auswahl an Konzepten
in einer vereinfachten Form einzubringen, die weiter unten in der
detaillierten Beschreibung erläutert
werden. Diese Zusammenfassung ist weder dazu gedacht, Hauptmerkmale
oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren,
noch ist sie dazu gedacht, als eine Anleitung zur Bestimmung des
Umfangs des beanspruchten Gegenstands zu dienen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ein
umfassenderes Verständnis über den Gegenstand
kann aus der detaillierten Beschreibung und den Ansprüchen in
Verbindung mit den folgenden Figuren gezogen werden, wobei sich
gleiche Bezugszahlen auf ähnliche
Elemente in den Figuren beziehen.
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines für die Verwendung
in einem Fahrzeug geeigneten elektrischen Antriebssystems; und
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2 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Multi-Prozessor-Steuerung,
welche für die
Verwendung mit einem Wechselrichter eines Fahrzeugbasierten elektrischen
Traktionssystems geeignet ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
folgende detaillierte Beschreibung dient lediglich der Veranschaulichung
und ist nicht dazu gedacht, die Ausführungsformen des Erfindung
oder die Anwendung und Verwendungen dieser Ausführungsformen zu beschränken. Hierbei
ist das Wort ”beispielhaft” gleichbedeutend
mit ”als
ein Beispiel oder eine Veranschaulichung dienend”. Jede hierin als beispielhaft
beschriebene Ausführung
wird nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft über anderen
Ausführungen
angesehen. Weiterhin ist nicht beabsichtigt, an eine ausdrückliche
oder implizierte Theorie gebunden zu sein, die in dem vorangegangenen
Technischen Gebiet, Hintergrund, Kurze Zusammenfassung oder in der
folgenden detaillierten Beschreibung präsentiert wurden bzw. werden.
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Zusätzlich soll
eine bestimmte Terminologie in der folgenden Beschreibung lediglich
für Referenzzwecke
verwendet werden, wobei eine solche Verwendung nicht beschränkend sein
soll. Zum Beispiel beinhalten die Ausdrücke ”erster”, ”zweiter”, und ähnliche numerische Bezeichnungen,
die sich auf Elemente, Strukturen, oder Komponenten beziehen, nicht
eine Sequenz, Reihenfolge, oder Priorität, es sei denn, dass dies deutlich
aus dem Kontext hervorgeht. Diese Terminologie soll die oben ausdrücklich genannten
Wörter,
Ableitungen davon, und Wörter von ähnlicher
Herkunft umfassen.
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Wie
hierin verwendet bedeutet ein ”Knoten” ein interner
oder externer Referenzpunkt, Verbindungspunkt, Verbindung, Signalleitung,
leitendes Element oder dergleichen, an dem ein gegebenes Signal,
logische Ebene, Spannung, Datenmuster, Strom, oder Größe gegenwärtig ist.
Weiterhin können zwei
oder mehr Knoten durch ein physisches Element realisiert werden
(und zwei oder mehr Signale können
gemultiplext, moduliert, oder sonst wie unterschieden werden, selbst
wenn sie an einem gemeinsamen Knoten angenommen oder ausgegeben
werden).
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Die
folgende Beschreibung soll sich auf Elemente oder Knoten oder Merkmale
beziehen, die miteinander ”gekoppelt” sind.
Wie hierin verwendet, es sei denn, es ist ausdrücklich sonst wie beschrieben, bedeutet ”gekoppelt”, dass
ein Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Knoten/Merkmal
gekoppelt ist (oder direkt oder indirekt damit kommuniziert), und
zwar nicht notwendigerweise mechanisch.
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines elektrischen
Antriebssystems 100, welches für eine Verwendung in einem Fahrzeug 102 geeignet
ist. Das Fahrzeug 102 ist vorzugsweise als ein Automobil
ausgeführt,
wie zum Beispiel eine Limousine, ein Kombi, ein Lastwagen, oder
ein Sports Utility Vehicle, wobei Fahrzeug 102 ein Fahrzeug
mit Zweirad-Antrieb sein kann (zum Beispiel Hinterradantrieb oder
Vorderradantrieb), ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, oder ein Fahrzeug
mit Allradantrieb. Das Fahrzeug 102 kann auch einen oder
eine Kombination mehrerer verschiedener Arten von Motoren aufweisen,
wie zum Beispiel einen Verbrennungsmotor für Benzin- oder Diesel-Kraftstoff, einen
Motor für
ein ”Gemischt-Kraftstoff-Fahrzeug” (beispielsweise
einen Motor, der eine Mischung aus Benzin und Alkohol als Kraftstoff
verwendet), einen mit einem Gasgemisch (zum Beispiel Wasserstoff und
Erdgas) betriebenen Motor, ein Hybrid-Motor aus Verbrennungsmaschine/Elektromotor,
und einen Elektromotor.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
umfasst ein elektrisches Antriebssystem 100 ohne Beschränkung: eine
Energiequelle 104, ein Energie-Wechselrichtermodul 106,
einen Motor 108, und ein Steuerungsmodul 110.
Ein Kondensator 112 kann zwischen Energiequelle 104 und
Energie-Wechselrichtermodul 106 gekoppelt
sein, so dass der Kondensa tor 112 und Energiequelle 104 elektrisch
parallel geschaltet sind. Im Hinblick darauf kann der Kondensator 112 wahlweise
als ein Gleichstrom(DC)-Zwischenkreiskondensator oder ein Bulkkondensator
bezeichnet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform betreibt Steuerungsmodul 110 das
Energie-Wechselrichtermodul 106,
um einen gewünschten
Energiefluss zwischen Energiequelle 104 zu erzielen. Aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
sollen herkömmliche
Techniken, die sich auf Fahrzeug-basierte elektrische Traktions-/Antriebssysteme,
Energie-Wechselrichter, Wechselrichtersteuerungen, und andere funktionale
Aspekte des Systems (und die individuellen Betriebskomponenten des
Systems) beziehen, hier nicht im Detail beschrieben werden.
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Energiequelle 104 kann
eine Batterie, ein Batteriepack, eine Brennstoffzelle, einen Brennstoffzellenstapel,
einen Ultrakondensator, einen gesteuerten Generatorausgang, oder
andere geeignete DC-Spannungsquellen umfassen. Eine Batterie kann jede
Art von Batterie sein, die für
die Verwendung in einer gewünschten
Anwendung geeignet ist, wie zum Beispiel eine Bleisäurebatterie,
eine Lithiumionenbatterie, eine Nickelmetallbatterie, oder andere
wiederaufladbare Batterien.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
ist Motor 108 als ein Elektromotor ausgeführt. Wie
in 1 dargestellt, kann Motor 108 als ein
Multi-Phasen-Wechselstrom(AC)-Motor ausgeführt sein, der einen Satz von
Wicklungen (oder Spulen) umfasst, wobei jede Wicklung einer Phase
des Motors 108 entspricht. Obwohl nicht dargestellt, umfasst
Motor 108 eine Stator-Einheit (einschließlich der
Wicklungen), eine Rotor-Einheit (einschließlich eines ferromagnetischen
Kerns), und ein Kühlfluid
(z. B. Kühlmittel),
wie es dem Fachmann bekannt ist. Motor 108 kann ein Induktionsmotor
sein, ein Permanentmagnet-Motor, oder jede Art von Motor, die für die gewünschte Anwendung
geeignet ist. Obwohl nicht dargestellt, kann Motor 108 außerdem ein
darin integriertes Getriebe umfassen, so dass Motor 108 und das
Getriebe zumindest mit einigen der Räder des Fahrzeugs 102 über eine
oder mehrere Antriebswellen mechanisch gekoppelt sind.
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In
der in 1 dargestellten beispielhaften Ausführungsform
ist Motor 108 ausgeführt
als ein dreiphasiger AC-Motor mit einem Satz von Wicklungen für drei Phasen,
einschließlich
einer ersten Wicklung 114 (für Phase A), einer zweiten Wicklung 116 (für Phase
B), und einer dritten Wicklung 118 (für Phase C). Dabei soll die
Bezeichnung für
die Phasen A, B, und C der Einfachheit halber gelten, wobei nicht beabsichtigt
ist, den Erfindungsgegenstand in irgendeiner Weise zu beschränken. Weiterhin
soll gelten, dass, obwohl das elektrische Antriebssystem 100 hierin
im Zusammenhang mit einem dreiphasigen Motor beschrieben ist, der
Erfindungsgegenstand unabhängig
von der Anzahl der Phasen des Motors ist.
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In
der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst Energie-Wechselrichtermodul 106 sechs
Schaltgeräte
(welche mit Halbleitervorrichtungen ausgeführt sein können, wie zum Beispiel Transistoren
und/oder Schaltgeräten)
mit antiparallelen Dioden (das heißt Dioden, welche zu jedem
Schaltgerät
antiparallel sind). Vorzugsweise sind die Schaltgeräte mit Bipolar-Transistoren
mit isoliertem Gatter (IGBT) ausgeführt. Wie dargestellt ist, sind
die Schaltgeräte
im Energie-Wechselrichtermodul 106 in dreiphasigen Leitungszweigen
(oder symmetrischen Leitungen) angeordnet, wobei Phasen-Leitungszweige 120, 122, 124 jeweils
mit einem entsprechenden Ende der Wicklungen 114, 116, 118 gekoppelt
sind. Im Hinblick darauf ist Phasen-Leitungszweig 120 gekoppelt
mit der ersten Wicklung 114, Phasen-Leitungszweig 122 ist
gekoppelt mit der zweiten Wicklung 116, und Phasen-Leitungszweig 124 ist
gekoppelt mit der dritten Wicklung 118. Daher kann Phasen-Leitungszweig 120 bezeichnet
werden als der Phase A-Leitungszweig,
Phasen-Leitungszweig 122 als Phase B-Leitungszweig, und Phasen-Leitungszweig 124 als
Phase C-Leitungszweig.
Bei geeigneter Steuerung wandelt das Energie- Wechselrichtermodul DC von der Energiequelle 104 in
AC für
den Motor 108 um.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
ist Steuermodul 110 in betrieblicher Kommunikation und/oder
elektrisch gekoppelt mit Energie-Wechselrichtermodul 106.
Steuermodul 110 reagiert auf Befehle vom Fahrer des Fahrzeugs 102 (zum
Beispiel über
ein Beschleunigungspedal) und stellt Befehle für Energie-Wechselrichtermodul 106 bereit,
um den Ausgang der Wechselrichter-Phasen-Leitungszweige 120, 122, 124 zu
steuern. In einer beispielhaften Ausführungsform ist Steuermodul 110 eingerichtet, um
das Energie-Wechselrichtermodul 106 mit Hochfrequenz-Pulsbreitenmodulation
(PWM) zu modulieren und zu steuern. Steuermodul 110 stellt
PWM-Signale bereit, um die Schaltgeräte in den Wechselrichter-Phasen-Leitungszweigen 120, 122, 124 zu
betreiben, um Ausgangsspannungen zu bewirken, die an den Wicklungen 114, 116, 118 innerhalb
des Motors 108 angelegt werden, um den Motor 108 mit
einer Drehmomentvorgabe zu betreiben. Obwohl nicht dargestellt,
kann Steuermodul 110 Strom- und/oder Spannungsvorgaben
für die
Phasen des Motors 108 in Antwort auf eine Drehmomentvorgabe
von einer elektronischen Steuereinheit (ECU), Systemsteuerung, oder
eines anderen Steuermoduls im Fahrzeug 102 erzeugen. Weiterhin
kann in einigen Ausführungsformen
Steuermodul 110 integraler Bestandteil der ECU oder eines
anderen Fahrzeug-Steuermoduls sein.
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In
der Praxis kann Steuermodul 110 umfassen, zusammenwirken
mit, oder ausgeführt
sein als eine Multi-Prozessor-Steuerung.
Im Hinblick darauf ist 2 eine schematische Darstellung
einer Ausführungsform
einer Multi-Prozessor-Steuerung 200, die
für eine
Verwendung mit einem Wechselrichter (wie zum Beispiel ein Energie-Wechselrichter-Modul 106)
eines Fahrzeug-basierten elektrischen Traktionssystems geeignet
ist. Der Einfachheit halber und der besseren Darstellung wegen sind
die Ausgangsanschlüsse
der Prozessorvorrichtungen nicht in 2 gezeigt
(in der Praxis werden die Ausgänge der
Prozessorvorrichtungen für
die Steuerung des Wechselrichters nach Bedarf geschaltet). Die Multi-Prozessor-Steuerung 200 kann
hierin im Sinne von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten sowie
mit Bezug auf symbolische Darstellungen von Betriebsarten, Bearbeitungsaufgaben,
und Funktionen beschrieben werden, die von verschiedenen Computerkomponenten
oder Vorrichtungen durchgeführt
werden. Dabei wird bevorzugt, dass die verschiedenen in 2 gezeigten
Blockkomponenten durch jede Anzahl von Hardware-, Software-, und/oder
Firmware-Komponenten umsetzbar sind, die dazu eingerichtet sind,
die spezifizierten Funktionen auszuführen.
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Die
Multi-Prozessor-Steuerung 200 umfasst eine Mehrzahl von
Prozessor-Vorrichtungen, die zusammenarbeiten, um den gewünschten
Betrieb des Wechselrichters zu unterstützen. Obwohl die tatsächliche
Anzahl an Prozessorvorrichtungen von Ausführungsform zu Ausführungsform
verschieden sein kann, umfasst die dargestellte Ausführungsform
vier physisch verschiedene und voneinander getrennte Prozessorvorrichtungen,
wobei jede Prozessorvorrichtung als ein unterscheidbarer Integrierter
Schaltkreis-Chip oder Einheit implementiert ist. Für diese besondere
Ausführungsform
sind alle individuellen Prozessorvorrichtungen auf einer einzelnen
physischen Schaltkreisplatine 202 montiert (ein Abschnitt davon
ist in 2 hervorgehoben). Mit anderen Worten, obwohl die
Prozessorvorrichtungen als physisch unterscheidbare Einheiten ausgeführt sind,
sind sie alle auf einer gemeinsamen Platine oder Grundlage montiert.
Schaltkreisplatine 202 kann eine Anzahl von darauf integrierten
leitfähigen
Leitungen oder Verbindungslinien umfassen; diese leitfähigen Elemente
ermöglichen
die Übertragung
von Signalen, Daten, und Befehlen, die den Prozessorvorrichtungen
zugeordnet sind, wobei sie die Bereitstellung von die gesamte Multi-Prozessor-Steuerung 200 betreffende
Quellspannung, Versorgungsspannung und weiteren Spannungen ermöglichen.
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Die
dargestellte Ausführungsform
der Multi-Prozessor-Steuerung 200 umfasst
eine erste Prozessorvorrichtung 204, eine zweite Prozessorvorrichtung 206,
eine dritte Prozessorvorrichtung 208, und eine vierte Prozessorvorrichtung 210.
Praktischerweise kann die Multi-Prozessor-Steuerung 200 mehr oder
weniger als vier Prozessorvorrichtungen verwenden, wobei die Prozessorvorrichtungen
in einer Master-Slave-Architektur
eingerichtet sein können. Wie
oben bereits erwähnt,
sind die Prozessorvorrichtungen in geeigneter Weise eingerichtet
und programmiert, um den Betrieb eines Wechselrichters in einem
Fahrzeug-basierten elektrischen Traktionssystem zu steuern. Insbesondere
sind die Prozessorvorrichtungen 204, 206, 208, 210 in
geeigneter Weise eingerichtet, um den Betrieb des Wechselrichters zu
steuern, um den gewünschten
Energiefluss zwischen der Energiequelle (z. B. Energiequelle 104) und
dem elektrischen Motor (z. B. Motor 108) zu erzielen.
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Jede
in 2 dargestellte Prozessorvorrichtung kann umgesetzt
oder ausgeführt
sein als eine Integrierte Schaltkreis-Komponente, die ausgelegt ist,
die hierin beschriebenen Funktionen auszuführen. Zusätzlich kann jede Prozessorvorrichtung
in geeigneter Weise eingerichtet sein, um die Datenkommunikation
zwischen den Prozessoren mithilfe eines geeigneten Datentransferprotokolls
zu unterstützen. Die
Rechnerkerne jeder Prozessorvorrichtung können ähnlich oder identisch sein,
und alle Prozessorvorrichtungen können als gleiche physische
Vorrichtung oder in der gleichen Aufmachung ausgelegt sein. In einer
Master-Slave-Anordnung können
die Slave-Prozessorvorrichtungen als identische Komponenten ausgeführt sein,
während
die Master-Prozessorvorrichtung als eine davon verschiedene Komponente
ausgeführt
sein kann (um der erweiterten Funktionalität der Master-Prozessorvorrichtung
im Vergleich zu den Slave-Prozessorvorrichtungen Rechnung zu tragen).
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Die
Prozessorvorrichtungen in der Multi-Prozessorsteuerung 200 können beliebig
in jede Anzahl von Teilmengen gruppiert werden. In dieser Ausführungsform
stellen die erste Prozessorvorrichtung 204 und die dritte
Prozessorvorrichtung 208 eine geeignete Teilmenge der vier
Prozessorvorrichtungen dar, und die zweite Prozessorvorrichtung 206 und
die vierte Prozessorvorrichtung 210 stellen eine weitere geeignete
Teilmenge der vier Prozessorvorrichtungen dar. Diese zwei Teilmengen
sind sich gegenseitig ausschließende
Teilmengen, in der Weise, dass jede Prozessorvorrichtung in nur
einer der zwei Teilmengen eingefügt
ist.
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Die
Multi-Prozessor-Steuerung 200 umfasst außerdem ohne
Beschränkung:
einen DC-zu-DC Wandler 212; einen ersten Spannungsregler 214;
einen zweiten Spannungsregler 216; einen ersten Spannungswächter 218;
und einen zweiten Spannungswächter 220.
Wie in 2 dargestellt, stehen der erste Spannungsregler 214 und
der erste Spannungswächter 218 mit
der ersten Teilmenge an Prozessorvorrichtungen (d. h. erste Prozessorvorrichtung 204 und
dritte Prozessorvorrichtung 208) miteinander in Beziehung,
während
der zweite Spannungsregler 216 und der zweite Spannungswächter 220 mit der
zweiten Teilmenge an Prozessorvorrichtungen (d. h. zweite Prozessorvorrichtung 206 und
vierte Prozessorvorrichtung 210) in Beziehung stehen.
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Der
DC-zu-DC-Wandler 212 ist ein Spannungswandler, der in geeigneter
Weise eingerichtet ist, um eine DC-Quellspannung 222 aufzunehmen, und
um eine ungeregelte DC-Spannung
(bzw. Spannungen) aus der DC-Quellspannung 222 zu erzeugen.
Die dargestellte Ausführungsform
des DC-zu-DC-Wandlers 212 nimmt
eine DC-Quellspannung 222 an seinem Eingangsknoten auf,
und wandelt die DC-Quellspannung 222 in eine erste ungeregelte
DC-Spannung 224 an einem Ausgangsknoten um, und in eine
zweite ungeregelte DC-Spannung 226 an einem anderen Ausgangsknoten.
In alternativen Ausführungsformen
kann der DC-zu-DC-Wandler 212 eingerichtet sein, um eine
ungere gelte DC-Spannung zu erzeugen, die sowohl für den ersten
Spannungsregler 214 als auch für den zweiten Spannungsregler 216 als
eine Eingangsspannung benutzt werden kann.
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In
gewissen Ausführungsformen
wird die DC-Quellspannung 222 von
einem in dem Fahrzeug untergebrachten elektrischen System bereitgestellt. In
einem Hybridfahrzeug beispielsweise kann dieses elektrische System
das relativ niedrig-voltige 12-Volt-System sein, dass für Zubehör-Subsysteme mit niedrigem
Energiebedarf verwendet wird. In diesem Beispiel ist die erste ungeregelte
DC-Spannung 224 im Wesentlichen gleich der zweiten ungeregelten DC-Spannung 226,
da der erste Spannungsregler 214 und der zweite Spannungsregler 216 als
identische oder äquivalente
Komponenten ausgeführt sind.
Wie in diesem Zusammenhang benutzt, bedeutet ”im Wesentlichen gleich”, dass
die erste ungeregelte DC-Spannung 224 und die zweite ungeregelte DC-Spannung 226 sich
um weniger als fünf
Prozent unterscheiden, oder dass sie innerhalb einer angemessenen
Toleranz gleich sind, was durch geeignete DC-zu-DC-Wandler erzielbar
ist.
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Der
erste Spannungsregler 214 ist gekoppelt mit dem DC-zu-DC-Wandler 212,
so dass er die erste ungeregelte DC-Spannung 224 an seinem Eingangsknoten
aufnimmt. Der erste Spannungsregler 214 ist in geeigneter
Weise eingerichtet, um aus der ersten ungeregelten DC-Spannung 224 eine
erste geregelte DC-Versorgungsspannung 228 an seinem Ausgangsknoten
zu erzeugen. Der Ausgangsknoten des ersten Spannungsreglers 214 ist
mit den entsprechenden Versorgungsspannungsknoten 230, 232 der ersten
Prozessorvorrichtung 204 und der dritten Prozessorvorrichtung 208 gekoppelt.
Daher dient die erste geregelte DC-Versorgungsspannung 228 als die
Versorgungsspannung sowohl für
die erste Prozessorvorrichtung 204 als auch für die dritte
Prozessorvorrichtung 208. In der in 2 dargestellten
beispielhaften Ausführungsform
beträgt
die erste ungeregelte DC-Spannung 224 fünf Volt, und die erste geregelte
DC-Versorgungsspannung 3,3 Volt. Natürlich können diese Span nungen variieren,
um dem Bedarf der entsprechenden Anwendung angepasst zu sein.
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Der
zweite Spannungsregler 216 ist mit dem DC-zu-DC-Wandler 212 in
der Weise gekoppelt, dass er die zweite ungeregelte DC-Spannung 226 an seinem
Eingangsknoten aufnimmt. Der zweite Spannungsregler 216 ist
in geeigneter Weise eingerichtet, um aus der zweiten ungeregelten
DC-Spannung 226 eine zweite geregelte DC-Versorgungsspannung 234 an
seinem Ausgangsknoten zu erzeugen. Der Ausgangsknoten des zweiten
Spannungsreglers 216 ist mit den entsprechenden Versorgungsspannungsknoten 236, 238 der
zweiten Prozessorvorrichtung 206 und der vierten Prozessorvorrichtung 210 gekoppelt. Daher
dient die zweite geregelte DC-Versorgungsspannung 234 als
die Versorgungsspannung sowohl für
die zweite Prozessorvorrichtung 206 als auch für die vierte
Prozessorvorrichtung 210. In der in 2 dargestellten
beispielhaften Ausführungsform
beträgt die
ungeregelte DC-Spannung fünf
Volt, und die zweite geregelte DC-Versorgungsspannung beträgt 3,3 Volt.
Natürlich
können
diese Spannungen variieren, um dem Bedarf der entsprechenden Anwendung angepasst
zu sein, und diese Spannungen müssen nicht
dieselben sein wie die entsprechenden Spannungen, die mit dem Betrieb
des ersten Spannungsreglers 214 in Beziehung stehen. Allerdings
ist in gewissen Ausführungsformen,
wo alle Prozessorvorrichtungen dieselben Nenn-Versorgungsspannungs-Erfordernisse aufweisen,
die erste geregelte DC-Versorgungsspannung 228 im Wesentlichen gleich
der zweiten geregelten DC-Versorgungsspannung 234. Wie
in diesem Zusammenhang benutzt, bedeutet ”im Wesentlichen gleich”, dass
die erste geregelte DC-Versorgungsspannung 228 und die
zweite geregelte DC-Versorgungsspannung 234 sich um weniger
als fünf
Prozent unterscheiden, oder dass sie innerhalb einer angemessenen
Toleranz gleich sind, was durch geeignete DC-zu-DC-Wandler erzielbar
ist.
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Insbesondere
ist jeder Spannungsregler 214, 216 eingerichtet,
um eine entsprechende geregelte Versorgungs spannung für eine bestimmte
Teilmenge der sich gegenseitig ausschließenden Teilmengen der Prozessorvorrichtungen
zu erzeugen. Mit anderen Worten erzeugt der Spannungsregler 214 eine
erste geregelte DC-Versorgungsspannung 228 für die erste
Teilmenge von Prozessorvorrichtungen, während Spannungsregler 216 eine
zweite geregelte DC-Versorgungsspannung 234 für die zweite Teilmenge
von Prozessorvorrichtungen erzeugt. Für die hier beschriebene beispielhafte
Ausführungsform erzeugen
Spannungsregler 214, 216 die gleiche Nennspannung
(z. B. 3,3 Volt) wie die geregelte Versorgungsspannung.
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Der
erste Spannungswächter 218 ist
mit Versorgungsspannungsknoten 230, 232 in der
Weise gekoppelt, dass er die erste geregelte DC-Versorgungsspannung 228 annehmen
und überwachen kann.
In der Praxis detektiert der erste Spannungswächter 218, ob die
erste geregelte DC-Versorgungsspannung 228 innerhalb eines
für die
erste Prozessorvorrichtung 204 und die dritte Prozessorvorrichtung 208 spezifizierten
Nenn-Betriebsspannungsbereichs
verbleibt. Falls der erste Spannungswächter 218 feststellt,
dass die erste geregelte Versorgungsspannung 228 aus diesem
Nenn-Betriebsspannungsbereich gedriftet ist, dann wird er den Betrieb
der ersten Prozessorvorrichtung 204 und der dritten Prozessorvorrichtung 208 zurücksetzen, deaktivieren,
oder anhalten. Dementsprechend kann der erste Spannungswächter 218 mit
einem Rückstell-Eingang 240 der
ersten Prozessorvorrichtung 204 und mit einem Rückstell-Eingang 242 der
dritten Prozessorvorrichtung 208 gekoppelt sein, wie es
in 2 gezeigt ist. Falls die überwachte DC-Versorgungsspannung 228 aus
dem Nenn-Betriebsspannungsbereich
driftet, dann wird der erste Spannungswächter 218 einen ”Rückstell”-Befehl
oder Steuersignal an den Rückstell-Eingängen 240, 242 feststellen und
aufrechterhalten, bis die DC-Versorgungsspannung auf eine Nenn-Betriebsspannung
zurückfällt. Dieses
Merkmal befähigt
Multi-Prozessor-Steuerung 200,
eine Korrektur vorzunehmen und Fehler zu reduzieren, die durch Prozessorvorrichtungen 204, 208 verursacht
werden können,
während
Prozessorvorrichtungen 206, 210 (welche durch
den zweiten Spannungsregler 216 unterstützt werden) aktiv bleiben.
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In ähnlicher
Weise ist der zweite Spannungswächter 220 mit
Versorgungsspannungsknoten 236, 238 gekoppelt,
so dass er die zweite geregelte DC-Versorgungsspannung 234 annehmen
und überwachen
kann. In der Praxis detektiert der zweite Spannungswächter 220,
ob die zweite geregelte DC-Versorgungsspannung 234 innerhalb
eines für die
zweite Prozessorvorrichtung 206 und die vierte Prozessorvorrichtung 210 spezifizierten
Nenn-Betriebsspannungsbereichs verbleibt, wie es oben für den ersten
Spannungswächter 218 beschrieben
ist. Daher kann der zweite Spannungswächter 220 mit einem
Rückstell-Eingang 244 der
zweiten Prozessorvorrichtung 206 und mit einem Rückstell-Eingang 246 der
vierten Prozessorvorrichtung 210 gekoppelt sein, wie in 2 dargestellt.
Bevorzugte Ausführungsformen,
wie die in 2 dargestellte, erlauben einer
Mehrzahl von Spannungswächtern,
eine Mehrzahl von geregelten Versorgungsspannungen für verschiedene
Teilmengen von Prozessorvorrichtungen zu überwachen.
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In
der Praxis kann der DC-zu-DC-Wandler 212 als eine Kombination
von Komponenten oder Integrierten-Schaltkreis-Vorrichtungen ausgeführt werden. Die anderen in 2 dargestellten
Elemente können
jedoch als physisch unterscheidbare Komponenten, Einheiten oder
Integrierte-Schaltkreis-Vorrichtungen
ausgeführt
sein. In dieser besonderen Ausführungsform
sind die jeweiligen Prozessorvorrichtungen 204, 206, 208, 210,
DC-zu-DC-Wandler 212, erster Spannungsregler 214,
zweiter Spannungsregler 216, erster Spannungswächter 218,
und zweiter Spannungswächter 220 alle
auf der gleichen physischen Schaltkreisplatine 202 montiert.
In anderen Worten, obwohl die Multi-Prozessor-Steuerung 200 unter
Verwendung einer Mehrzahl von physisch unterscheidbaren Einheiten
ausführbar
ist, sind diese alle auf ein und derselben Platine oder Grundlage montiert.
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Vorzugsweise
kann die hierin beschriebene Architektur und Topologie der Multi-Prozessor-Steuerung
auch in anderen Anwendungen als bei Fahrzeug-basierten Wandlern
und elektrischen Traktionssystemen angewandt werden. Die oben erwähnte Wandler-Anwendung
ist lediglich eine geeignete Verwendung, wobei der Erfindungsgegenstand
nicht auf eine solche Verwendung eingeschränkt oder begrenzt ist.
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Während in
der vorangegangenen detaillierten Beschreibung wenigstens eine beispielhafte
Ausführungsform
aufgezeigt wurde, wird darauf hingewiesen, dass eine große Anzahl
von verschiedenen Ausführungsformen
existiert. Es wird auch darauf hingewiesen, dass die hierin beschriebene
Ausführungsform
oder Ausführungsformen
nicht den Umfang, die Anwendbarkeit, oder die Ausführung des beanspruchten
Erfindungsgegenstands in irgendeiner Weise beschränken sollen.
Vielmehr soll die vorangegangene detaillierte Beschreibung dem Fachmann
eine praktische Anleitung für
die Implementierung der beschriebenen Ausführungsform bzw. Ausführungsformen
zur Verfügung
gestellt werden. Selbstverständlich
können
verschiedene Änderungen
in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden, ohne
den durch die Ansprüche
definierten Schutzbereich zu verlassen, welcher zum Zeitpunkt der
Einreichung der Anmeldung bekannte oder vorhersehbare Äquivalente
mit einschliesst.