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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Umsetzers für einen Startermotor und einen Umsetzer zum Ausführen des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Zum Betreiben einer elektrischen Maschine kann Wechselspannung mittels eines Umsetzers in Gleichspannung gewandelt werden. Dabei kann jedoch Wärme entstehen, welche den Umsetzer belasten kann. Die Druckschrift
DE 10 2010 001 250 A1 offenbart ein Bordnetz mit zwei Umsetzern mit mehreren Schaltelementen zum Betreiben einer elektrischen Maschine. Dadurch kann die thermische Belastung des jeweiligen Umsetzers reduziert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Verfahren zum Betreiben eines Umsetzers und einen Umsetzer anzugeben, bei dem die thermische Beanspruchung aufgrund schwankender Temperaturen weiter reduziert wird.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines Umsetzers für einen Startermotor eines Fahrzeugs gelöst, mit den Schritten eines Erfassens einer Temperatur des Umsetzers, und Regeln eines dem Umsetzer zugeführten Stromes in Abhängigkeit der erfassten Temperatur mit einer Solltemperatur als Führungsgröße. Durch die Verwendung einer Solltemperatur als Führungsgröße wird der Vorteil erreicht, dass der Umsetzer während des Betriebes auf einer Solltemperatur gehalten werden kann und Belastungen aufgrund thermischer Schwankungen auf ein Minimum reduziert werden. Dadurch kann die Lebensdauer des Umsetzers vergrößert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Solltemperatur in Anhängigkeit einer Fahrzeugbedingung festgesetzt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass je nach Zustand des Fahrzeuges eine unterschiedliche Solltemperatur gewählt werden kann. Beispielsweise kann die Solltemperatur in kleinen Schritten nach Anlassen des Fahrzeugs an eine maximale Solltemperatur herangeführt werden. Dies vermindert zusätzlich thermisch bedingte, mechanische Spannungen in dem Umsetzer beim Anlassen des Fahrzeugs.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der zugeführte Strom bei Überschreiten der Solltemperatur unterbrochen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass bei Überschreiten der Solltemperatur eine sofortige Abkühlung erreicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der zugeführte Strom bei Überschreiten der Solltemperatur vermindert. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Temperatur langsam wieder auf die Solltemperatur zurückgeführt wird und starke thermische Schwankungen des Wechselrichters vermieden werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Temperatur eines Halbleiterbauteils des Umsetzers erfasst. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Temperatur direkt an der Wärmequelle erfasst wird und Spitzentemperaturen im Bereich der Halbleiterbauelemente vermieden werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Halbleiterbauelement ein schaltbares Bauelement oder ein gleichrichtendes Bauelement. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass je nach Art des Bauteils unterschiedliche Solltemperaturen als Führungsgröße verwendet werden können
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Temperatur mehrerer Halbleiterbauteile des Umsetzers erfasst. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass mehrere Wärmequellen gleichzeitig überwacht werden können und so bei einem Auftreten hoher Temperaturunterschiede zwischen den Bauteilen eine Regelung zur Vergleichmäßigung der Temperatur innerhalb des Wechselrichters durchführbar ist. Bei mehrphasigen Startermotoren kann dazu eine Asymmetrie der Phasenströme bei der Regelung zum Zweck einer einheitlichen Temperaturbelastung der beteiligten Endstufen in Kauf genommen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der zu einem Halbleiterelement zugeführte Strom in Abhängigkeit der erfassten Temperatur des jeweiligen Halbleiterelementes geregelt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Temperatur jedes Halbleiterelementes unabhängig voneinander geregelt werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der zugeführte Strom über eine Pulsbreiten-Modulation geregelt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass sich eine Regelung des Stromes mit einer besonders geeigneten Schaltung realisieren lässt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Umsetzer für einen Startermotor eines Fahrzeugs gelöst, mit einer Temperaturerfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Temperatur des Umsetzers, und einer Regelungsvorrichtung zum Regeln eines dem Umsetzer zugeführten Stromes in Abhängigkeit der erfassten Temperatur mit einer Solltemperatur als Führungsgröße. Dadurch werden die gleichen Vorteile wie durch das oben beschriebene Verfahren erreicht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 ein Schaltbild eines Umsetzers mit vier Schaltelementen und zwei Phasen nach dem Stand der Technik;
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2 ein Schaltbild eines Umsetzer mit sechs Schaltelementen und drei Phasen nach dem Stand der Technik;
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3 ein Schaltbild eines Umsetzers mit zehn Schaltelementen und fünf Phasen nach dem Stand der Technik;
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4 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Umsetzers;
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5 eine schematische Darstellung eines Regelkreises zur Verwendung zur Regelung einer Temperatur in dem Umsetzer;
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6 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Umsetzers;
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7 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Umsetzers; und
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8 ein Ablaufdiagramm zum Regeln der Temperatur des Umsetzers.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Es folgt die Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnungen nach Aufbau und nach Wirkungsweise der dargestellten Erfindung.
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1 zeigt zunächst zur Verdeutlichung der einzelnen Bauteile einen aus dem Stand der Technik bekannten Wechselrichter 101, der als Umsetzer zum Umsetzen von Gleichstrom in einen zweiphasigen Wechselstrom für einen Startermotor SM dient. In einer anderen Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren jedoch auch für 3-, 5- oder 6-phasige Systeme mit anderen Umsetzern verwendet werden. Der Gleichstrom wird dem Wechselrichter 101 über die Eingangsanschlüsse IN1 und IN2 zugeführt. Der Wechselrichter richtet den zugeführten Gleichstrom in einen Wechselstrom zwischen den Ausgängen OUT1 und OUT2 derart um, dass ein Elektromotor SM zum Starten eines Verbrennungsmotors durch den Wechselstrom angetrieben werden kann.
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Der Wechselrichter 101 umfasst die Schaltelemente S1, S2, S3 und S4, die dazu dienen, den zugeführten Gleichstrom in einen Wechselstrom umzurichten. Jedes dieser Schaltelemente S1, S2, S3 und S4 umfasst ein schaltbares Halbleiterbauelement 103, 105, 107 und 109 und ein gleichrichtendes Halbleiterbauelement 111, 113, 115 und 117. Bei den schaltbaren Halbleiterbauelementen 103, 105, 107 und 109 handelt es sich um elektronische Bauelemente zum gesteuerten Schalten von elektrischen Strömen. Derartige Halbleiterbauelemente 111, 113, 115 und 117 können Transistoren sein, wie beispielsweise Feldeffekttransistoren, Sperrschicht-Feldeffekttransistoren, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) oder andere Transistortypen, die zu dem Zweck des Stromschaltens geeignet sind. Die gleichrichtenden Bauelemente 111, 113, 115 und 117 werden in der Regel durch die physikalisch bedingte Inversdiode eines MOSFET gebildet. In einer alternativen Ausführungsform kann es sich bei den gleichrichtenden Halbleiterbauelementen 111, 113, 115 und 117 jedoch um Leistungsgleichrichter, wie beispielsweise p+sn+-Dioden, Silizium-PN-Dioden oder Silizium-Schottkydioden handeln. Alternativ können jedoch auch andere geeignete Gleichrichter zum Einsatz kommen.
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Insbesondere ist die Phasenzahl des Motors nicht auf zwei begrenzt, sondern kann spezifisch bei der Anwendung von Startergeneratoren auf 3-, 5-, 6- oder n-phasige Motoren erweitert werden. Insbesondere werden bei mehrphasigen Systemen Vorteile durch ein gleichmäßigeres Drehmoment und durch eine geringere Abregelung erzielt.
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2 zeigt einen Umsetzer mit sechs Schaltelementen S1 bis S6 und drei Phasen, an dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann.
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3 zeigt einen Umsetzer mit zehn Schaltelementen S1 bis S10 und fünf Phasen, an dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann.
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Jedes der Schaltelemente S1, S2, S3 und S4 ist über eine Steuerleitung mit einer Steuereinheit 119 verbunden. Die Steuereinheit 119 steuert die Schaltelemente S1, S2, S3 und S4 derart, dass die an den Anschlüssen IN1 und IN2 anliegende Gleichspannung in eine für den Startermotor SM geeignete Wechselspannung mit passender Frequenz und Amplitude umgesetzt werden kann. Dabei können unterschiedliche Steuerungen der Schaltelemente zum Einsatz kommen, beispielsweise eine sinuskommutierte oder blockkommutierte Pulsbreitenmodulation-Steuerung. Bei der Steuereinheit kann es sich beispielsweise um einen programmierbaren Logik-Controller (PLC) handeln.
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Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung des speziellen, oben beschriebenen Wechselrichters 101 beschränkt, sondern kann in Kombination mit allen Arten von Umsetzern realisiert werden, die zum Erzeugen einer für einen Startermotor geeigneten Ausgangsspannung dienen, wie beispielsweise Pulswechselrichtern. Dabei können insbesondere eine unterschiedliche Anzahl von Schaltelementen, andere Halbleiterbauelemente, eine andere Steuereinheit und weitere elektronische Bauelemente verwendet werden, die nicht zwingend Halbleiterbauelemente sind. Unter einem Umsetzer in erfindungsgemäßem Sinne ist daher jede Vorrichtung zu verstehen, die geeignet ist, aus einem Eingangsstrom einer bestimmten Qualität einen für einen Startermotor geeigneten Ausgangsstrom einer anderen Qualität zu erzeugen.
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4 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Umsetzers 201. Der Umsetzer 201 weist eine Umsetzerschaltung 213 mit den beiden Eingängen IN1 und IN2, den beiden Ausgängen OUT1 und OUT2 und den vier Schaltelementen S1, S2, S3 und S4 auf, die mit dem Startermotor SM verbunden ist. Die Schaltelemente S1, S2, S3, und S4 erzeugen während einem Betrieb des Umsetzers 201 Wärme, welche im Laufe des Betriebs über den gesamten Umsetzer 201 diffundiert.
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Die erzeugte Wärme wird von einer Temperaturerfassungsvorrichtung 203 an einer geeigneten Stelle des Umsetzers 201 erfasst. Diese Stelle kann beispielsweise an einem Gehäuse oder einer Platine des Umsetzers 201 liegen. Insbesondere kann die Temperatur an einem schaltenden Halbleiterbauelement, einem gleichrichtenden Bauelement oder jedem anderen aktiven oder passiven Bauelement erfasst werden, wie beispielsweise einem Widerstand.
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Die Temperaturerfassungsvorrichtung 203 dient als Wärmefühler oder Wärmesensor und kann beispielsweise durch einen elektrischen Heißleiter aus Keramik oder aus Silizium (Thermistor), einen Kaltleiter, wie beispielsweise einem Widerstandsthermometer aus Platin, einen Silizium-Sensor, einen Keramik-Kaltleiter oder einen Halbleiter-Temperatursensor gebildet sein. Im Allgemeinen kommen für die Temperaturerfassungsvorrichtung 203 alle Vorrichtungen in Frage, mittels derer die Temperatur des Umsetzers 201 bestimmt werden kann, wie beispielsweise indirekte Temperaturerfassungsvorrichtungen, die geeignet sind, eine Temperatur über einen gemessenen Strom und/oder eine gemessene Spannung zu bestimmen.
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Der erfasste Temperaturwert wird über eine Signalleitung 205 zu einer Regelvorrichtung 215 geführt. Die Regelvorrichtung 215 kann beispielsweise einen flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher, einen Prozessor oder eine programmierbare Logik umfassen, die in der Lage ist, eine Regelung auf Grundlage des zugeführten Temperaturmesswertes zu bewirken. Die Regelvorrichtung 215 ist Teil eines Regelkreises und vergleicht die von der Temperaturerfassungsvorrichtung 203 erfasste Temperatur mit einem Temperatursollwert, der als Führungsgröße des Regelkreises dient.
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Der Temperatursollwert kann fest in einem nicht-flüchtigen Speicher in der Regelvorrichtung 215 vorgegeben sein oder kann von außen durch eine nicht gezeigte Eingabevorrichtung gesetzt werden. Insbesondere kann der Temperatursollwert zeitlich veränderbar sein oder kann von einer bestimmten Fahrzeugbedingung abhängen. Eine derartige Fahrzeugbedingung kann beispielsweise die Dauer des Fahrzeugbetriebs oder die Dauer eines Startermotorbetriebs sein.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Temperatursollwert im Laufe des Fahrzeugbetriebes von einem zunächst niedrigen Wert auf einen höheren Wert angehoben wird. Beispielsweise kann nach dem Erreichen eines ersten Temperatursollwertes ein zweiter, höherer Temperatursollwert gewählt werden, so dass sich die Temperatur des Umsetzers langsam und sukzessive in gewählten Temperaturschritten anheben lässt. Durch die langsame Anhebung des Temperatursollwertes lassen sich starke und abrupte Temperaturänderungen vermeiden. Alternativ kann der Temperatursollwert jedoch auch von anderen Fahrzeugbedingungen abhängen.
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Weicht der erfasste Temperaturwert von dem Temperatursollwert ab, wird beispielweise ein Differenzwert gebildet, der als weitere Grundlage für die Berechnung einer Stellgröße dient. Als Stellgröße dient der dem Umsetzer 201 zugeführte Strom. Um den zu dem Umsetzer 201 zugeführten Strom einzustellen, weist der Umsetzer eine Stromsteuervorrichtung 211 auf, die mit der Regelvorrichtung 215 über eine Steuerleitung 209 verbunden ist. Die Stromsteuervorrichtung 211 weist die Eingänge IN1‘ und IN2‘ auf und ist der Umsetzerschaltung 213 vorgeschaltet. Über die Steuerleitung 209 kann die Stromsteuervorrichtung 211 derart gesteuert werden, dass der dem Umsetzer 201 zugeführte Strom auf einen bestimmten Wert eingestellt werden kann. Eine derartige Stromsteuervorrichtung 211 kann eine steuerbare Strombegrenzungsschaltung umfassen, wie beispielsweise einen steuerbaren Vorwiderstand.
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5 zeigt einen Regelkreis 301 der zur Realisierung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
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Der Regelkreis 301 stellt einen in sich geschlossenen Wirkungsablauf für die Beeinflussung der Temperatur des Umsetzers 213 in einem technischen Prozess dar. Wesentlich hierbei ist die Rückführung des aktuellen, erfassten Temperaturwertes AV an eine Regelungsvorrichtung 303 durch eine negative Rückkopplung FB, während ein kontinuierlicher oder zeitdiskreter Soll-Ist-Vergleich mit einem Soll- oder Referenzwert RV durchgeführt wird.
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Die aktuelle Temperatur des Umsetzers 201 wird an einem Punkt 309 erfasst und über die Rückführung FB an den Punkt 307 zurückgeführt, an dem eine Regelabweichung durch Vergleich zwischen dem erfassten Temperaturwert AV und dem Temperatursollwert RV ermittelt wird. Die ermittelte Regelabweichung wird dem Regler 303 zugeführt, der aus der Regelabweichung eine Stell- oder Steuergröße CV ermittelt. Die Stellgröße CV wird der Regelstrecke 305 zugeführt, die beispielsweise die Strombegrenzungsschaltung 211 umfasst. Durch die Verwendung eines Regelkreises 301 entsteht der Vorteil, dass sich die Temperatur des Umsetzers 201 auf einem bestimmten Temperaturwert halten lässt. Dieser Temperaturwert kann derart gewählt werden, dass die thermische Beanspruchung elektronischer Bauteile des Umsetzers 201 geringer als im Stand der Technik bekannt ausfällt.
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Die Bestimmung einer Regelabweichung kann auf Grundlage eines einfachen Vergleichs des erfassten Temperaturwertes AV und des Solltemperaturwertes RV erfolgen, kann aber auch auf komplexeren arithmetischen Operationen beruhen.
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Insbesondere kann eine Reglung derart stattfinden, dass bei Vorliegen einer Regelabweichung, die eine bestimmte Schwelle übersteigt, die Steuergröße CV derart gewählt wird, dass eine Stromzufuhr zu dem Umsetzer 201 unterbrochen wird. Dadurch sinkt im Folgenden die Temperatur des Umsetzers 201. Sobald die Temperatur des Umsetzers 201 wieder unter einen bestimmten Wert gefallen ist, befindet sich die ermittelte Regelabweichung wieder unterhalb der Schwelle und die Stromzufuhr kann wieder aufgenommen werden.
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In einer alternativen Regelung wird bei Vorliegen einer Regelabweichung, die eine bestimmte Schwelle übersteigt, die Steuergröße CV derart gewählt wird, dass eine Stromzufuhr zu dem Umsetzer 201 vermindert wird. Dadurch sinkt im Folgenden ebenfalls die Temperatur des Umsetzers 201. Sobald die Temperatur des Umsetzers 201 wieder unter einen bestimmten Wert gefallen ist, befindet sich die ermittelte Regelabweichung wieder unterhalb der Schwelle und die Stromzufuhr zu dem Umsetzer 201 kann wieder erhöht werden.
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Die Erfindung ist jedoch nicht auf die oben beschriebenen Regelungen beschränkt, sondern es können alle rückgekoppelten Regelungen und Regelkreise zum Einsatz kommen, die geeignet sind und es erlauben, dass die Temperatur des Umsetzers 301 auf einen zuvor gewählten Temperatursollwert RV eingeregelt und im Wesentlichen auf diesem gehalten wird, so dass eine Solltemperatur als Führungsgröße verwendet wird.
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6 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Umsetzers 401. In dieser Ausführungsform umfasst der Umsetzer 401 ebenfalls eine Umsetzerschaltung 413 mit den beiden Eingängen IN1 und IN2, den beiden Ausgängen OUT1 und OUT2 und den vier Schaltelementen S1, S2, S3 und S4, die mit dem Startermotor SM verbunden sind.
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In dieser Ausführungsform ist jedoch an jedem der Schaltelemente S1, S2, S3 und S4 jeweils eine eigene Temperaturerfassungsvorrichtung 403, 405, 407 und 409 angeordnet, die durch die bereits oben erwähnten Vorrichtungen gebildet sein kann.
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Jede der Temperaturerfassungsvorrichtungen 403, 405, 407 und 409 kann dabei unabhängig voneinander die Temperatur des jeweiligen Schaltelementes S1, S2, S3 und S4 erfassen. Insbesondere kann die Temperatur jeweils an einem schaltenden Halbleiterbauelement, einem gleichrichtenden Bauelement oder jedem anderen aktiven oder passiven Bauelement erfasst werden, wie beispielsweise einem Widerstand. Die Anzahl der möglichen Temperaturerfassungsvorrichtungen ist nicht auf eine je Schaltelement S1, S2, S3 und S4 beschränkt, sondern es können durchaus weitere Temperaturerfassungsvorrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise jeweils zwei je Schaltelement S1, S2, S3 und S4, von denen eine die Temperatur des schaltenden Halbleiterbauelementes erfasst und die andere die Temperatur des gleichrichtenden Halbleiterbauelementes erfasst. Durch eine größere Anzahl vom Messpunkten ergibt sich der Vorteil, dass sich der Strom zu dem Umsetzer 401 derart regeln lässt, dass eine besonders gleichförmige Temperaturverteilung während des Betriebes sichergestellt wird und eine thermische Beanspruchung der einzelnen Bauteile besonders genau überwacht wird. Genauso gut ist es jedoch möglich, lediglich an einer Teilanzahl der Schaltelemente entsprechende Temperaturerfassungsvorrichtungen vorzusehen.
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Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Regelkreis zum Regeln der Temperatur mit einer Solltemperatur als Führungsgröße nur für das erste Schaltelement S1 gezeigt, obwohl in dieser Ausführungsform auch die übrigen Schaltelemente S2, S3 und S4 mit entsprechenden Regelkreisen ausgerüstet sind. Insgesamt findet daher in der in 6 gezeigten Ausführungsform eine Regelung der Temperatur über vier unabhängige Regelkreise statt, die jeweils eine eigene Solltemperatur als Führungsgröße verwenden können.
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Über die Signalleitung 411 übermittelt die Temperaturerfassungsvorrichtung 403 den aktuellen Temperaturwert des ersten Schaltelementes S1 an die Regelungsvorrichtung 415, die in diesem Fall nicht nur zum Regeln der Temperatur der Schaltelemente S1, S2, S3 und S4 mit einer Solltemperatur als Führungsgröße dient, sondern gleichzeitig zum Steuern der Schaltelemente S1, S2, S3, und S4 verwendet wird. Dazu ist beispielsweise das Schaltelement S1 über eine Steuerleitung 412 mit der Steuer- und Regelungsvorrichtung 415 verbunden. Erfasst die Steuer- und Regelungsvorrichtung 415, dass eine Abweichung der gemessenen Temperatur vom Sollwert vorliegt, wird das Schaltelement S1 derart gesteuert, dass sich der Strom vermindert, der über das Schaltelement S1 dem Startermotor SM zugeführt wird. Durch diese Steuerung wird gleichzeitig indirekt der dem Umsetzer 401 zugeführte Strom geregelt. Eine derartige Steuerung kann beispielsweise durch eine Verlängerung der Aus-Intervalle bei einer Pulsbreitensteuerung erzielt werden. Allerdings sind zu diesem Zweck auch andere Steuerungsverfahren für die Schaltelemente S1, S2, S3 und S4 denkbar, die insgesamt zu einer Regelung des dem Umsetzer 413 zugeführten Stromes dienen.
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Insbesondere können derartige temperaturabhängige Steuerungen für jedes der Schaltelemente S1, S2, S3 und S4 jeweils unabhängig voneinander mit einer Solltemperatur als Führungsgröße durchgeführt werden, so dass eine besonders gleichmäßige Verteilung der Temperatur erzielt werden kann. Weiter ist es hier ebenfalls denkbar, für jedes der Schaltelemente oder für jeden verwendeten Temperaturfühler eine individuelle Solltemperatur als Führungsgröße zu verwenden.
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7 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Umsetzers 501. In dieser Ausführungsform umfasst der Umsetzer 501 ebenfalls eine Umsetzerschaltung 513 mit den beiden Eingängen IN1 und IN2, den beiden Ausgängen OUT1 und OUT2 und den vier Schaltelementen S1, S2, S3 und S4, die mit dem Startermotor SM verbunden sind.
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In dieser Ausführungsform ist an jedem der Schaltelemente S1, S2, S3 und S4 jeweils eine eigene Temperaturerfassungsvorrichtung 503, 505, 507 und 509 angeordnet, die durch die bereits oben erwähnten Vorrichtungen gebildet sein kann. Jede der Temperaturerfassungsvorrichtungen 503, 505, 507 und 509 kann dabei unabhängig voneinander die Temperatur des jeweiligen Schaltelementes S1, S2, S3 und S4 erfassen. Daneben umfasst jedes der Schaltelemente S1, S2, S3 und S4 jeweils eine eigene steuerbare Stromsteuervorrichtung 519, 521, 523 und 527. Jede dieser Stromsteuervorrichtungen 519, 521, 523 und 527 ist jeweils in der Lage, den Schaltelementen S1, S2, S3 und S4 zugeführten Strom unabhängig zu steuern.
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Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Regelkreis zum Regeln der Temperatur mit einer Solltemperatur als Führungsgröße nur für das erste Schaltelement S1 gezeigt, obwohl in dieser Ausführungsform auch die übrigen Schaltelemente S2, S3 und S4 mit entsprechenden Regelkreisen ausgerüstet sind. Insgesamt findet daher in der in 7 gezeigten Ausführungsform eine Regelung der Temperatur der Schaltelemente S1, S2, S3 und S4 über vier unabhängige Regelkreise statt. Der Zustand der Schaltelemente S1, S2, S3 und S4 wird jeweils über eine Steuerleitung 517 gesteuert, die zur Vereinfachung ebenfalls nur an dem Schaltelement S1 gezeigt ist.
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Die Temperaturerfassungsvorrichtung 503 des Schaltelementes S1 ist über eine Signalleitung 511 mit der Regelungsvorrichtung 515 verbunden. Daneben ist die Regelungsvorrichtung 515 über eine Steuerleitung 512 mit der Stromsteuervorrichtung 519 verbunden. Erfasst die Steuer- und Regelungsvorrichtung 515, dass eine Abweichung der gemessenen Temperatur vom Sollwert vorliegt, steuert die Regelungsvorrichtung 515 die Stromsteuervorrichtung 519 derart, dass sich die Temperatur des Schaltelements S1 auf den Sollwert vermindert. Dadurch wird insgesamt auch der dem Umsetzer 501 zufließenden Strom geregelt. Die Regelungsvorrichtung 515 kann nicht nur zum Steuern der Stromsteuervorrichtung 519 dienen sondern gleichfalls zum Steuern des Schaltelementes S1 über die Steuerleitung 517.
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Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, nur eine Teilanzahl der Schaltelemente S1, S2, S3, und S4 mit steuerbaren Stromsteuervorrichtungen auszustatten. Beispielsweise können lediglich an den beiden Schaltelementen S1 und S3 oder an den beiden Schaltelementen S1 und S2 Stromsteuervorrichtungen vorgesehen sein.
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Zudem ist es in diesem Fall möglich, ein stromregelndes Schalten der Schaltelemente S1, S2, S3 und S4 in Verbindung mit einer zusätzlichen Steuerung der Stromsteuervorrichtungen 519, 521, 523 und 525 zu verwenden, um einen zugeführten Strom derart zu regeln, dass die gewünschten Solltemperaturen eingehalten werden. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine Solltemperatur besonders wirksam und effizient eingeregelt wird.
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8 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Regeln der Temperatur des Umsetzers. Im Schritt S601 wird zunächst die gegenwärtige Temperatur T des Umsetzers an einer geeigneten Stelle erfasst, beispielsweise an einem Gehäuse, an einer Platine oder an einem elektronischen Bauteil. Die Erfassung der Temperatur T erfolgt mithilfe einer geeigneten Temperaturerfassungsvorrichtung, die die Temperatur beispielsweise auch indirekt über eine Strom oder Spannungsmessung bestimmen kann.
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In Schritt S603 wird der erfasste Temperaturwert T mit einer festgelegten Solltemperatur Ts verglichen. Stimmen der erfasste Temperaturwert T und die Solltemperatur Ts überein, verzweigt das Verfahren im Zweig S603-Y erneut zu Schritt S601 und das Erfassen der Temperatur T wird unmittelbar oder in einem zeitlichen Abstand wiederholt.
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Wird in Schritt S603 festgestellt, dass eine Abweichung zwischen dem erfassten Temperaturwert T und dem Solltemperaturwert Ts vorliegt, verzweigt das Verfahren im Zweig S603-N zu Schritt S605.
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In Schritt S605 wird dann der dem Umsetzer zugeführte Strom derart geregelt, dass sich die erfasste Temperatur T nachfolgend der Solltemperatur Ts annähert. Dies kann beispielsweise durch ein temporäres Unterbrechen oder ein Verringern des zugeführten Stromes erreicht werden. Dazu wird eine Steuergröße berechnet, die an eine geeignete Stromsteuervorrichtung innerhalb des Umsetzers übermittelt wird und auf die hin der zugeführte Strom gesteuert wird.
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Nach dem Schritt S605 beginnt das gezeigte Verfahren von vorne, so dass sich ein geschlossener Regelkreis ergibt, in dem der dem Umsetzer zugeführte Strom durch Verwenden einer Solltemperatur Ts als Führungsgröße geregelt wird.
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Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass sich eine zeitlich oder räumlich gleichmäßige Temperatur des Umsetzers erzielen lässt und die thermische Beanspruchung des Umsetzers vermindert wird.
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Alle im Zusammenhang mit den unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung beschriebenen Merkmale und Verfahrensschritte können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, um deren vorteilhafte Wirkungen zu erreichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010001250 A1 [0002]
