DE102018213611A1 - Device and method for controlling switching elements of a converter - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (1) zum Ansteuern von Schaltelementen (21) eines Stromrichters (20), wobei jedes der Schaltelemente (21) jeweils zwei oder mehr Schaltzustände (12) aufweist, umfassend eine zentrale Regeleinrichtung (2), mindestens ein Schaltmodul (3) zum Ansteuern mindestens eines dem mindestens einen Schaltmodul (3) zugeordneten und mit diesem verbundenen Schaltelements (21), und eine ringförmige Kommunikationsverbindung (4) zwischen der zentralen Regeleinrichtung (2) und dem mindestens einen Schaltmodul (3), wobei die ringförmige Kommunikationsverbindung (4) getaktet und paketbasiert ist, und wobei die zentrale Regeleinrichtung (2) derart ausgebildet ist, einen Schaltzustand (12) des mindestens einen dem mindestens einen Schaltmodul (3) zugeordneten Schaltelements (21) festzulegen und als Datenpaket (9) über die ringförmige Kommunikationsverbindung (4) an das mindestens eine Schaltmodul (3) zu übermitteln, und wobei das mindestens eine Schaltmodul (3) derart ausgebildet ist, aus dem übermittelten Datenpaket (9) den Schaltzustand (12) des mindestens einen dem mindestens einen Schaltmodul (3) zugeordneten Schaltelements (21) für einen jeweils aktuellen Zeitpunkt zu extrahieren und das mindestens eine zugeordnete Schaltelement (21) entsprechend dem extrahierten Schaltzustand (12) anzusteuern. Ferner betrifft die Erfindung ein zugehöriges Verfahren.Device (1) for controlling switching elements (21) of a converter (20), each of the switching elements (21) each having two or more switching states (12), comprising a central control device (2), at least one switching module (3) for controlling at least one switching element (21) associated with the at least one switching module (3) and connected to it, and an annular communication connection (4) between the central control device (2) and the at least one switching module (3), the annular communication connection (4) being clocked and is packet-based, and wherein the central control device (2) is designed to define a switching state (12) of the at least one switching element (21) assigned to the at least one switching module (3) and as a data packet (9) via the ring-shaped communication link (4) to be transmitted to the at least one switching module (3), and wherein the at least one switching module (3) is designed from de m transmitted data packet (9) to extract the switching state (12) of the at least one switching element (21) associated with the at least one switching module (3) for a respective current point in time and to control the at least one assigned switching element (21) in accordance with the extracted switching state (12) , The invention further relates to an associated method.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern von Schaltelementen eines Stromrichters.The invention relates to a device and a method for controlling switching elements of a converter.

Stromrichter dienen der Umwandlung eines Stroms von einem Gleichstrom in einen Wechselstrom bzw. eines Wechselstroms in einen Gleichstrom. Auch zur Wandlung von Parametern des Stroms, wie einer Spannung und/oder einer Frequenz, werden Stromrichter eingesetzt. Häufig eingesetzte Varianten des Stromrichters sind Gleichrichter, Wechselrichter, Leistungssteller oder Umrichter. Auch bei der Steuerung und Regelung von Elektromotoren mit veränderbarer Drehzahl werden Stromrichter, beispielsweise in Form eines Vierquadrantenstellers, eingesetzt. Insbesondere in elektrifizierten Fahrzeugen kommen Stromrichter zum Einsatz, um einen Gleichstrom in einen mehrphasigen Wechselstrom umzuwandeln.Power converters are used to convert a current from a direct current to an alternating current or an alternating current to a direct current. Power converters are also used to convert parameters of the current, such as a voltage and / or a frequency. Frequently used variants of the converter are rectifiers, inverters, power controllers or converters. Power converters, for example in the form of a four-quadrant actuator, are also used to control and regulate electric motors with variable speed. Power converters are used in particular in electrified vehicles to convert a direct current into a multi-phase alternating current.

Die Wandlung erfolgt mit Hilfe von Hochleistungshalbleitern, wobei Transistoren oder Thyristoren, insbesondere Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistoren (MOSFETs), Insulated-Gate Bipolar Transistoren (IGBTs) und Integrated Gate-Commutated Thyristoren (IGCTs), zum Einsatz kommen. Diese Schaltelemente werden binär betrieben und haben deshalb zwei Schaltzustände („an“ oder „aus“). Ein Stromrichter umfasst in der Regel eine Vielzahl dieser Schaltelemente. Über das zeitliche Ansteuern der Schaltzustände dieser Schaltelemente mit Hilfe vorgegebener Pulsmuster erfolgt eine Wandlung der Ströme.The conversion takes place with the help of high-performance semiconductors, with transistors or thyristors, in particular metal oxide semiconductor field-effect transistors (MOSFETs), insulated-gate bipolar transistors (IGBTs) and integrated gate-commutated thyristors (IGCTs) being used. These switching elements are operated in binary mode and therefore have two switching states ("on" or "off"). A power converter usually includes a large number of these switching elements. The currents are converted by timing the switching states of these switching elements with the aid of predetermined pulse patterns.

Aus der WO 2015/089537 A1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung von parallel geschalteten Inverterstufen bekannt, wobei jede Inverterstufe mehrere Schaltelemente mit jeweils zwei Schaltzuständen umfasst. Die Ansteuerung der Inverterstufen erfolgt über eine zentrale Regeleinheit, die mit jeder Inverterstufe über eine serielle Datenübertragungsstrecke verbunden ist.From the WO 2015/089537 A1 A method for controlling parallel-connected inverter stages is known, with each inverter stage comprising a plurality of switching elements, each with two switching states. The inverter stages are controlled via a central control unit which is connected to each inverter stage via a serial data transmission link.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern von Schaltelementen eines Stromrichters zu schaffen, bei denen ein Ansteuern verbessert, insbesondere flexibler, erfolgen kann.The invention is based on the object of providing a device and a method for actuating switching elements of a converter, in which actuation can be improved, in particular more flexibly.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by a device with the features of claim 1 and a method with the features of claim 6. Advantageous refinements of the invention result from the subclaims.

Insbesondere wird ein Vorrichtung zum Ansteuern von Schaltelementen eines Stromrichters geschaffen, wobei jedes der Schaltelemente jeweils insbesondere zwei oder mehr Schaltzustände aufweist, umfassend eine zentrale Regeleinrichtung, mindestens ein Schaltmodul zum Ansteuern mindestens eines dem mindestens einen Schaltmodul zugeordneten und mit diesem verbundenen Schaltelements, und eine ringförmige Kommunikationsverbindung zwischen der zentralen Regeleinrichtung und dem mindestens einen Schaltmodul, wobei die ringförmige Kommunikationsverbindung getaktet und paketbasiert ist, und wobei die zentrale Regeleinrichtung derart ausgebildet ist, einen Schaltzustand des mindestens einen dem mindestens einen Schaltmodul zugeordneten Schaltelements festzulegen und als Datenpaket über die ringförmige Kommunikationsverbindung an das mindestens eine Schaltmodul zu übermitteln, und wobei das mindestens eine Schaltmodul derart ausgebildet ist, aus dem übermittelten Datenpaket den Schaltzustand des mindestens einen dem mindestens einen Schaltmodul zugeordneten Schaltelements für einen jeweils aktuellen Zeitpunkt zu extrahieren und das mindestens eine zugeordnete Schaltelement entsprechend dem extrahierten Schaltzustand anzusteuern.In particular, a device for controlling switching elements of a converter is created, each of the switching elements in each case in particular having two or more switching states, comprising a central control device, at least one switching module for controlling at least one switching element assigned to and connected to the at least one switching module, and a ring-shaped one Communication connection between the central control device and the at least one switching module, wherein the ring-shaped communication connection is clocked and packet-based, and wherein the central control device is designed to determine a switching state of the at least one switching element assigned to the at least one switching module and as a data packet via the ring-shaped communication connection to the to transmit at least one switching module, and wherein the at least one switching module is designed such that the switching state from the transmitted data packet extract the at least one switching element assigned to the at least one switching module for a respective current point in time and control the at least one assigned switching element in accordance with the extracted switching state.

Ferner wird ein Verfahren zum Ansteuern von Schaltelementen eines Stromrichters zur Verfügung gestellt, wobei jedes der Schaltelemente jeweils insbesondere zwei oder mehr Schaltzustände aufweist und von einem diesem Schaltelement zugeordneten Schaltmodul angesteuert wird, umfassend die folgenden Schritte für jedes von mindestens einem Schaltelement(en):

  • - Festlegen eines Schaltzustands des Schaltelements mittels einer zentralen Regeleinrichtung,
  • - Übermitteln des festgelegten Schaltzustands als Datenpaket über eine ringförmige Kommunikationsverbindung an ein dem Schaltelement zugeordnetes Schaltmodul, wobei die ringförmige Kommunikationsverbindung getaktet und paketbasiert ist,
  • - Extrahieren des Schaltzustands für einen aktuellen Zeitpunkt aus dem übermittelten Datenpaket mittels des dem Schaltelement zugeordneten Schaltmoduls,
  • - Ansteuern des Schaltelements entsprechend dem extrahierten Schaltzustand mittels des dem Schaltelement zugeordneten Schaltmoduls.
Furthermore, a method for controlling switching elements of a converter is provided, wherein each of the switching elements has in particular two or more switching states and is controlled by a switching module assigned to this switching element, comprising the following steps for each of at least one switching element (s):
  • Determining a switching state of the switching element by means of a central control device,
  • Transmitting the defined switching state as a data packet via a ring-shaped communication link to a switching module assigned to the switching element, the ring-shaped communication link being clocked and packet-based,
  • Extracting the switching state for a current point in time from the transmitted data packet by means of the switching module assigned to the switching element,
  • - Controlling the switching element according to the extracted switching state by means of the switching module assigned to the switching element.

Es ist ein Grundgedanke der Erfindung, die Vorrichtung modular in Form von Schaltmodulen aufzubauen und eine Kommunikationsverbindung zwischen einer zentralen Regeleinrichtung und den Schaltmodulen als eine ringförmige Struktur auszubilden. Die einzelnen, insbesondere jeweils zwei („an“ oder „aus“), Schaltzustände der Schaltelemente werden von der zentralen Regeleinrichtung festgelegt, als Daten kodiert und in Form von mindestens einem Datenpaket von der zentralen Regeleinrichtung über die ringförmige Kommunikationsverbindung an die Schaltmodule übermittelt. Jedes der Schaltmodule extrahiert aus dem übermittelten mindestens einen Datenpaket einen Schaltzustand eines dem jeweiligen Schaltmodul zugeordneten Schaltelements für einen aktuellen Zeitpunkt und steuert das zugeordnete Schaltelement entsprechend dem aktuellen Schaltzustand an.It is a basic idea of the invention to construct the device modularly in the form of switching modules and to form a communication link between a central control device and the switching modules as an annular structure. The individual, in particular two ("on" or "off") switching states of the switching elements are determined by the central control device, encoded as data and in the form of at least a data packet from the central control device via the ring-shaped communication link to the switching modules. Each of the switching modules extracts a switching state of a switching element assigned to the respective switching module for a current point in time from the transmitted at least one data packet and controls the assigned switching element in accordance with the current switching state.

Den Schaltmodulen wird jeweils mindestens eins der Schaltelemente zugeordnet. Es kann vorgesehen sein, dass einem Schaltmodul auch mehr als ein Schaltelement zugeordnet sind. Das Schaltmodul ist dann entsprechend derart ausgebildet, die mehreren Schaltelemente ansteuern zu können, beispielsweise mittels einer entsprechenden Anzahl an Analogtrei berei nheiten.At least one of the switching elements is assigned to each of the switching modules. It can be provided that more than one switching element is also assigned to a switching module. The switching module is then designed accordingly to be able to control the plurality of switching elements, for example by means of a corresponding number of Analogtrei units.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Vielzahl von Schaltmodulen zum Ansteuern einer Vielzahl von Schaltelementen umfasst. Handelt es sich beispielsweise um einen 2-Level-Umrichter, so sind mindestens 6 Schaltelemente anzusteuern, dementsprechend umfasst die Vorrichtung beispielsweise 6 Schaltmodule, welche jeweils eines der 6 Schaltelemente ansteuern. Bei einem 3-Level-Umrichter erhöht sich die Anzahl der Schaltelemente auf 12. Die Anzahl der Schaltmodule erhöht sich ebenfalls auf 12, sofern jedem Schaltmodul ein Schaltelement zugeordnet ist.In particular, it is provided that the device comprises a large number of switching modules for controlling a large number of switching elements. If, for example, it is a 2-level converter, at least 6 switching elements are to be controlled, and accordingly the device comprises, for example, 6 switching modules, each of which controls one of the 6 switching elements. With a 3-level converter, the number of switching elements increases to 12. The number of switching modules also increases to 12, provided that each switching module is assigned a switching element.

Durch die ringförmige Kommunikationsverbindung kann eine Kommunikationsstruktur schlank und kostensparend ausgelegt sein, da insbesondere keine einzelnen Kommunikationsverbindungen zwischen der zentralen Regeleinrichtung und den jeweiligen Schaltmodulen ausgebildet werden müssen. Durch die Ringstruktur kann jedes der Schaltmodule mit der zentralen Regeleinrichtung und mit sämtlichen anderen Schaltmodulen der Vorrichtung kommunizieren. Ferner kann die Vorrichtung auf einfache Weise um weitere Schaltmodule erweitert werden, indem diese in die Ringstruktur integriert werden.The ring-shaped communication connection allows a communication structure to be designed to be slim and cost-saving, since in particular no individual communication connections have to be formed between the central control device and the respective switching modules. Due to the ring structure, each of the switching modules can communicate with the central control device and with all other switching modules of the device. Furthermore, the device can be easily expanded by additional switching modules by integrating them into the ring structure.

Insbesondere ist die ringförmige Kommunikationsverbindung als serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstelle ausgelegt. In der zentralen Regeleinrichtung erfolgt ein Festlegen der Schaltzustände und ein Versenden entsprechender Datenpakete. Die einzelnen Schaltmodule sind dazu ausgebildet, aus den übermittelten Datenpaketen den jeweiligen Schaltzustand des jeweils zugeordneten Schaltelements zu extrahieren und das Schaltelement dann entsprechend anzusteuern.In particular, the ring-shaped communication link is designed as a serial high-speed interface. The switching states are defined in the central control device and corresponding data packets are sent. The individual switching modules are designed to extract the respective switching state of the respectively assigned switching element from the transmitted data packets and then to control the switching element accordingly.

Die Schaltmodule können als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application-specific integrated circuit, ASIC) oder in einzelnen Bauteilen ausgeführt sein.The switching modules can be designed as an application-specific integrated circuit (ASIC) or in individual components.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Schaltmodule alle gleichartig aufgebaut sind und erst bei einer Zusammenstellung einzelner Schaltelemente oder Stufen eines Stromrichters softwareseitig konfiguriert werden. Hierzu wird sowohl in der zentralen Regeleinrichtung als auch in den jeweiligen Schaltmodulen eine entsprechende Konfiguration vorgenommen, beispielsweise indem bei einer initialen Kommunikation den vorhandenen Schaltmodulen Referenzen und/oder eindeutige Identifikationsnummern (IDs) zugewiesen werden, die für den nachfolgenden Regelbetrieb über die Schnittstelle nötig sind, sodass sowohl der zentralen Regeleinrichtung als auch dem jeweiligen Schaltmodul eine Zuordnung einzelner Schaltelemente zu den jeweiligen Schaltmodulen entsprechend der Stromrichtertopologie bekannt sind. Dies ermöglicht eine schnelle, flexible und kostengünstige Einrichtung eines Stromrichters.In particular, it can be provided that the switching modules are all constructed identically and are only configured on the software side when individual switching elements or stages of a converter are put together. For this purpose, a corresponding configuration is carried out both in the central control device and in the respective switching modules, for example by assigning references and / or unique identification numbers (IDs) to the existing switching modules during initial communication, which are necessary for the subsequent control operation via the interface, so that an assignment of individual switching elements to the respective switching modules corresponding to the converter topology is known to both the central control device and the respective switching module. This enables a converter to be set up quickly, flexibly and inexpensively.

Die mittels der Vorrichtung und des Verfahrens angesteuerten Stromrichter können mehrphasig, insbesondere dreiphasig, ausgebildet sein.The converters controlled by means of the device and the method can be designed to be multi-phase, in particular three-phase.

Ein von der Vorrichtung und dem Verfahren angesteuerter Stromrichter kann insbesondere auch ein AC/AC-Wandler bzw. Umrichter, ein Vierquadrantensteller, ein DC/DC-Wandler, insbesondere ein Aufwärtswandler (auch als Hochsetzsteller bezeichnet) oder Abwärtswandler (auch als Tiefsetzsteller bezeichnet) oder ein sonstiger Wandler im Hochspannungs-, Mittelspannungs- und/oder Niederspannungsbereich sein. Insbesondere kann es sich bei dem angesteuerten Stromrichter um einen Multi-Level-Umrichter handeln. Zum Einsatz können insbesondere Leistungshalbleiter mit großer Bandlücke kommen, wie z.B. SiC oder GaN.A converter controlled by the device and the method can in particular also be an AC / AC converter or converter, a four-quadrant converter, a DC / DC converter, in particular a step-up converter (also referred to as a step-up converter) or step-down converter (also referred to as a step-down converter) or be another converter in the high voltage, medium voltage and / or low voltage range. In particular, the controlled converter can be a multi-level converter. In particular, power semiconductors with a large band gap can be used, e.g. SiC or GaN.

Insbesondere kann ein Schaltmodul eine Auswahleinheit aufweisen. Diese Auswahleinheit ist derart ausgebildet, ein dem jeweiligen Schaltelement bzw. dem Schaltmodul zugeordnetes und über die ringförmige Kommunikationsverbindung übermitteltes Datenpaket zu extrahieren und hieraus den Schaltzustand des Schaltelements zu extrahieren. Der extrahierte Schaltzustand wird dann beispielsweise an eine Analogtreibereinheit zum Ansteuern des Schaltelements übergeben.In particular, a switching module can have a selection unit. This selection unit is designed to extract a data packet assigned to the respective switching element or the switching module and transmitted via the ring-shaped communication connection and to extract the switching state of the switching element therefrom. The extracted switching state is then transferred, for example, to an analog driver unit for controlling the switching element.

Es kann bei der Kommunikation über die ringförmige Kommunikationsverbindung beispielsweise vorgesehen sein, dass ein übermitteltes Datenpaket von einem Schaltmodul empfangen wird und anschließend an das nächste sich in der Reihe der ringförmigen Kommunikationsverbindung angeordnete Schaltmodul weitergeleitet wird. Das Datenpaket wird auf diese Weise der Reihe nach von einem Schaltmodul an das jeweils nachfolgende Schaltmodul weitergeleitet und am Ende des Rings wieder an die zentrale Regeleinrichtung zurück übermittelt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein derart übermitteltes Datenpaket durch die einzelnen Schaltmodule auf dem Ring durch Einfügen von Daten verändert wird.When communicating via the ring-shaped communication link, it can be provided, for example, that a transmitted data packet is received by a switching module and then forwarded to the next switching module arranged in the row of the ring-shaped communication link. In this way, the data packet is forwarded in sequence from one switching module to the subsequent switching module and, at the end of the ring, transmitted back to the central control device. In particular, it can be provided that a data packet transmitted in this way is changed by the individual switching modules on the ring by inserting data.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das mindestens eine Schaltmodul ferner derart ausgebildet ist, mindestens einen Rückgabewert als Datenpaket über die ringförmige Kommunikationsverbindung an die zentrale Regeleinrichtung und/oder mindestens ein anderes Schaltmodul zu übermitteln. Der Rückgabewert kann beispielsweise ein Statuswert sein, der einen aktuellen Schaltzustand des mindestens einen dem jeweiligen Schaltmodul zugeordneten Schaltelements umfasst. Hierdurch kann der zentralen Regeleinrichtung ein real vorliegender aktueller Schaltzustand der einzelnen Schaltelemente bereitgestellt werden, sodass eine fortlaufende Überwachung des Betriebs der einzelnen Schaltelemente des Stromrichters ermöglicht wird. Auch den anderen Schaltmodulen kann ein aktueller Schaltzustand eines Schaltelements über den Rückgabewert zur Verfügung gestellt werden. Hierdurch kann insbesondere ein Erkennen von Fehlern beim Ansteuern der Schaltelemente verbessert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass der mindestens eine Rückgabewert in ein Datenpaket eingefügt wird.In one embodiment it is provided that the at least one switching module is further configured to transmit at least one return value as a data packet to the central control device and / or at least one other switching module via the ring-shaped communication link. The return value can be, for example, a status value that includes a current switching state of the at least one switching element assigned to the respective switching module. As a result, the central control device can be provided with a real, current switching state of the individual switching elements, so that continuous monitoring of the operation of the individual switching elements of the converter is made possible. A current switching state of a switching element can also be made available to the other switching modules via the return value. This can in particular improve detection of errors when driving the switching elements. It can also be provided that the at least one return value is inserted into a data packet.

Beim Verfahren ist entsprechend vorgesehen, dass von einem Schaltmodul mindestens ein Rückgabewert als Datenpaket über die ringförmige Kommunikationsverbindung an die zentrale Regeleinrichtung und/oder mindestens ein anderes Schaltmodul übermittelt wird.The method accordingly provides that at least one return value is transmitted from a switching module as a data packet via the ring-shaped communication link to the central control device and / or at least one other switching module.

Eine Kommunikation über die ringförmige Kommunikationsverbindung kann dann beispielsweise wie folgt durchgeführt werden: Die zentrale Regeleinrichtung legt die Schaltzustände für alle Schaltmodule für einen aktuellen Zeitpunkt fest. Die festgelegten Schaltzustände werden zusammen mit Adressierungen und gegebenenfalls einem Zeitstempel zur Synchronisation als Datenpaket kodiert. Das Datenpaket umfasst beispielsweise sowohl Steuerdaten, welche die festgelegten Schaltzustände umfassen, als auch Rückmeldedaten in Form von beispielsweise Kontrollbits, welche von den einzelnen Schaltmodulen mit Rückgabewerten aufgefüllt bzw. gesetzt werden. Das Datenpaket durchläuft anschließend der Reihe nach die einzelnen Schaltmodule. Das erste Schaltmodul auf der ringförmigen Kommunikationsverbindung extrahiert den festgelegten Schaltzustand für das diesem Schaltmodul zugeordnete Schaltelement. Anschließend fügt es einen Rückgabewert in Form eines Kontrollbits an einer hierfür vorgesehene Position des Datenpakets ein. Das derart veränderte Datenpaket wird anschließend an das dem ersten Schaltmodul in der Reihe der ringförmigen Kommunikationsverbindung nachfolgende Schaltmodul weitergeleitet. Dieses Schaltmodul verfährt in gleicher Weise wie das erste Schaltmodul. Sind alle Schaltmodule durchlaufen, sendet das letzte sich auf dem Ring befindende Schaltmodul das Datenpaket zurück an die zentrale Regeleinrichtung. Die zentrale Regeleinrichtung kann aus dem zurückgesendeten Datenpaket dann insbesondere die eingefügten Rückgabewerte bzw. Kontrollbits extrahieren und auswerten und verfügt hierdurch über ein reales Abbild der durch das Ansteuern realisierten Schaltzustände.Communication via the ring-shaped communication link can then be carried out, for example, as follows: The central control device determines the switching states for all switching modules for a current point in time. The defined switching states are coded together with addressing and, if necessary, a time stamp for synchronization as a data packet. The data packet includes, for example, both control data, which include the defined switching states, and feedback data in the form of, for example, control bits, which are filled or set by the individual switching modules with return values. The data packet then runs through the individual switching modules in sequence. The first switching module on the ring-shaped communication link extracts the defined switching state for the switching element assigned to this switching module. It then inserts a return value in the form of a control bit at a position in the data packet provided for this purpose. The data packet modified in this way is then forwarded to the switching module following the first switching module in the row of the ring-shaped communication connection. This switching module operates in the same way as the first switching module. When all switching modules have been run through, the last switching module on the ring sends the data packet back to the central control device. The central control device can then in particular extract and evaluate the inserted return values or control bits from the returned data packet and thus has a real image of the switching states realized by the activation.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass auch die Schaltmodule selbst die gesetzten Kontrollbits bzw. die Rückgabewerte der jeweils vorhergehenden Schaltmodule auf dem Ring auswerten. Dies ermöglicht es, gegebenenfalls das Ansteuern in Abhängigkeit der realen Schaltzustände der jeweils auf dem Ring vorhergehenden Schaltelemente anzupassen.It can further be provided that the switching modules themselves also evaluate the control bits set or the return values of the respectively preceding switching modules on the ring. This makes it possible, if necessary, to adapt the actuation as a function of the real switching states of the switching elements preceding in each case on the ring.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das mindestens eine Schaltmodul ferner derart ausgebildet ist, mindestens einen erfassten Messwert als Datenpaket über die ringförmige Kommunikationsverbindung an die zentrale Regeleinrichtung und/oder mindestens ein anderes Schaltmodul zu übermitteln. Ein solcher Messwert kann beispielsweise ein mittels eines Temperatursensors erfasster Temperaturmesswert, beispielsweise einer Temperatur an einem der Leistungshalbleiter eines Schaltelements, sein. Der erfasste Temperaturmesswert wird dann über die ringförmige Kommunikationsverbindung an die zentrale Regeleinrichtung und/oder ein anderes Schaltmodul übermittelt.In one embodiment it is provided that the at least one switching module is further configured to transmit at least one measured value as a data packet to the central control device and / or at least one other switching module via the ring-shaped communication connection. Such a measured value can be, for example, a measured temperature value, for example a temperature at one of the power semiconductors of a switching element, detected by means of a temperature sensor. The measured temperature value is then transmitted to the central control device and / or another switching module via the ring-shaped communication connection.

Bei dem Verfahren ist entsprechend vorgesehen, dass von einem Schaltmodul mindestens ein erfasster Messwert als Datenpaket über die ringförmige Kommunikationsverbindung an die zentrale Regeleinrichtung und/oder mindestens ein anderes Schaltmodul übermittelt wird.The method accordingly provides that at least one measured value recorded by a switching module is transmitted as a data packet via the ring-shaped communication link to the central control device and / or at least one other switching module.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zentrale Regeleinrichtung ferner derart ausgebildet ist, durch ein entsprechend hierfür ausgebildetes und übermitteltes Datenpaket mindestens eines der Schaltelemente aktivieren und deaktivieren zu können, wobei das mindestens eine Schaltmodul ferner derart ausgebildet ist, das mindestens eine diesem zugeordnete Schaltelement auf Grundlage des übermittelten Datenpakets zu aktivieren und zu deaktivieren. Dies ermöglicht es insbesondere, flexibel Schaltelemente in eine Stromrichtertopologie einzufügen oder zu entfernen. Hierdurch lassen sich flexible, insbesondere leistungsabhängige, Stromrichter ausbilden, welche je nach aktueller Leistungsanforderung eine Topologie erweitern oder verkleinern können. Auch eine redundante Auslegung der Stromrichter wird hierdurch ermöglicht, da bei Ausfall eines oder mehrerer der Schaltelemente des redundanten Stromrichters die zusätzlichen Schaltelemente flexibel aktiviert werden können, um die defekten Schaltelemente zu ersetzen.In a further embodiment it is provided that the central control device is further configured such that at least one of the switching elements can be activated and deactivated by means of a data packet designed and transmitted for this purpose, wherein the at least one switching module is also designed such that the at least one switching element assigned to it to activate and deactivate on the basis of the transmitted data packet. In particular, this makes it possible to flexibly insert or remove switching elements in a converter topology. In this way, flexible, in particular power-dependent, converters can be designed, which can expand or reduce a topology depending on the current power requirement. This also enables a redundant configuration of the power converter, since if one or more of the switching elements of the redundant converter the additional switching elements can be flexibly activated to replace the defective switching elements.

Beim Verfahren ist entsprechend vorgesehen, dass mindestens eines der Schaltelemente von der zentralen Regeleinrichtung über ein von dieser an das diesem Schaltelement zugeordnete Schaltmodul übermitteltes Datenpaket aktiviert oder deaktiviert wird.The method accordingly provides for at least one of the switching elements to be activated or deactivated by the central control device via a data packet transmitted by it to the switching module assigned to this switching element.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung mindestens eine weitere ringförmige Kommunikationsverbindung umfasst, wobei eine Kommunikation zwischen der zentralen Regeleinrichtung und dem mindestens einen Schaltmodul redundant ausgelegt ist und/oder dass die Vorrichtung mindestens ein weiteres Schaltmodul umfasst, wobei das mindestens eine Schaltmodul und das mindestens eine weitere Schaltmodul gleich ausgebildet sind. Hierdurch kann das Übermitteln von Datenpaketen und/oder das Ansteuern des mindestens einen Schaltelements vollständig redundant ausgebildet werden. Das Ansteuern des mindestens einen Schaltelements kann dann beispielsweise auf Grundlage sämtlicher für ein Schaltelement übermittelter und extrahierter Schaltzustände erfolgen. Ferner kann beispielsweise ein Kommunikationsstatus der ringförmigen Kommunikationsverbindungen überprüft werden und ringförmige Kommunikationsverbindungen, die nicht in Ordnung sind, können ignoriert oder sogar deaktiviert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die jeweils extrahierten Schaltzustände miteinander zu vergleichen und nur im Falle einer Übereinstimmung das zugeordnete Schaltelement entsprechend anzusteuern. Fällt eine der ringförmigen Kommunikationsverbindungen aus, so kann die mindestens eine weitere ringförmige Kommunikationsverbindung diese vollständig ersetzen. Hierdurch wird eine Zuverlässigkeit beim Ansteuern der Schaltelemente des Stromrichters deutlich verbessert. Bei redundanter Auslegung der Schaltmodule kann bei einem Ausfall eines der Schaltmodule das jeweils andere Schaltmodul das Ansteuern des mindestens einen den redundanten Schaltmodulen zugeordneten Schaltelements übernehmen.In one embodiment it is provided that the device comprises at least one further ring-shaped communication connection, wherein communication between the central control device and the at least one switching module is designed redundantly and / or that the device comprises at least one further switching module, the at least one switching module and the at least one further switching module is of identical design. As a result, the transmission of data packets and / or the activation of the at least one switching element can be designed to be completely redundant. The at least one switching element can then be activated, for example, on the basis of all switching states transmitted and extracted for a switching element. Furthermore, for example, a communication status of the ring-shaped communication links can be checked and ring-shaped communication links that are not in order can be ignored or even deactivated. Alternatively or additionally, it is possible to compare the respectively extracted switching states with one another and to control the assigned switching element accordingly only if there is a match. If one of the ring-shaped communication links fails, the at least one further ring-shaped communication link can completely replace it. This significantly improves reliability when driving the switching elements of the converter. In the case of a redundant design of the switching modules, if one of the switching modules fails, the other switching module can control the at least one switching element assigned to the redundant switching modules.

Beim Verfahren ist entsprechend vorgesehen, dass eine Kommunikation auf redundante Weise mittels mindestens einer weiteren ringförmigen Kommunikationsverbindung durchgeführt wird und/oder dass das Extrahieren und Ansteuern mittels mindestens eines weiteren Schaltmoduls in redundanter Weise durchgeführt wird.The method accordingly provides for communication to be carried out in a redundant manner by means of at least one further ring-shaped communication connection and / or for the extraction and control to be carried out in a redundant manner by means of at least one further switching module.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass einzelne Aufgaben von der zentralen Regeleinrichtung auf die einzelnen Schaltmodule verlagert werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Schaltmodule am Schaltelement, insbesondere mittels eines entsprechenden Sensors, erfasste Messdaten (z.B. ein Strom, eine Spannung und/oder eine Phasenlage) auswerten und/oder klassifizieren und/oder eine Bewertung der erfassten Messdaten, beispielsweise hinsichtlich ihrer Plausibilität, abgeben und als Rückgabewert über die ringförmige Kommunikationsverbindung und gegebenenfalls zusätzlich über die mindestens eine weitere ringförmige Kommunikationsverbindung an die zentrale Regeleinrichtung und/oder mindestens ein anderes Schaltmodul übermitteln. Indem beispielsweise die Schaltmodule selbst Fehler erkennen und darauf reagieren können bzw. einen entsprechenden Rückgabewert an die zentrale Regeleinrichtung und/oder mindestens eine anderes Schaltmodul übermitteln, kann eine effektive zentrale und/oder dezentrale Fehlerkorrektur durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Schaltmodul, das eine fehlerhafte Phasenlage erkannt hat, den Zeitpunkt des Ansteuerns des Schaltelements variieren.It can also be provided that individual tasks are shifted from the central control device to the individual switching modules. For example, it can be provided that the switching modules on the switching element, in particular by means of a corresponding sensor, evaluate and / or classify measured data (for example a current, a voltage and / or a phase position) and / or evaluate the measured data, for example with regard to their plausibility , and transmit it as a return value to the central control device and / or at least one other switching module via the ring-shaped communication link and, if necessary, additionally via the at least one further ring-shaped communication link. An effective central and / or decentralized error correction can be carried out by, for example, the switching modules themselves being able to recognize and react to errors or to transmit a corresponding return value to the central control device and / or at least one other switching module. For example, a switching module that has recognized a faulty phase position can vary the time at which the switching element is activated.

Teile der Vorrichtung können einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.Parts of the device can be designed individually or in combination as a combination of hardware and software, for example as program code that is executed on a microcontroller or microprocessor.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Ansteuern von Schaltelementen eines Stromrichters;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Schaltmoduls zum Ansteuern eines Schaltelements eines Stromrichters;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Ansteuern von Schaltelementen eines 3-Level-Umrichters;
  • 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Ansteuern von Schaltelementen eines 5-Level-Umrichters;
  • 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Ansteuern von Schaltelementen einer Kombination eines mehrphasigen Leistungsstellers und eines Antriebsumrichters.
The invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments with reference to the figures. Here show:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of the device for controlling switching elements of a converter;
  • 2 a schematic representation of an embodiment of the switching module for driving a switching element of a converter;
  • 3 a schematic representation of an embodiment of the device for controlling switching elements of a 3-level converter;
  • 4 a schematic representation of an embodiment of the device for controlling switching elements of a 5-level converter;
  • 5 is a schematic representation of an embodiment of the device for controlling switching elements of a combination of a multi-phase power controller and a drive converter.

In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Ansteuern von Schaltelementen 21 eines Stromrichters 20. Die Vorrichtung 1 umfasst eine zentrale Regeleinrichtung 2, mehrere Schaltmodule 3 und eine ringförmige Kommunikationsverbindung 4, welche die zentrale Regeleinrichtung 2 und die mehreren Schaltmodule 4 in Reihe miteinander verbindet.In 1 is a schematic representation of an embodiment of the device 1 for controlling switching elements 21 of a converter 20 , The device 1 includes a central control device 2 , several switching modules 3 and an annular communication link 4 which is the central control device 2 and the multiple switching modules 4 connected in series.

Die ringförmige Kommunikationsverbindung 4 ist insbesondere als serielle 1-Bit-Schnittstelle ausgebildet, das heißt es wird ein einzelner Bitstrom über die ringförmiger Kommunikationsverbindung 4 übermittelt, der aus einzelnen Datenpaketen besteht. The ring-shaped communication link 4 is designed in particular as a serial 1-bit interface, which means that a single bit stream is created via the ring-shaped communication link 4 transmitted, which consists of individual data packets.

Die ringförmige Kommunikationsverbindung 4 verbindet hintereinander die zentrale Regeleinrichtung 2, die einzelnen Schaltmodule 3 und wird anschließend wieder zur zentralen Regeleinrichtung 2 zurückgeführt. Die Ringstruktur bedeutet für die Kommunikation, dass alle Datenpakete für sämtliche Kommunikationsteilnehmer auf dem Ring sichtbar und empfangbar sind.The ring-shaped communication link 4 connects the central control device one after the other 2 , the individual switching modules 3 and then becomes the central control device again 2 recycled. For communication, the ring structure means that all data packets are visible and receivable for all communication participants on the ring.

Die mehreren Schaltmodule 3 sind jeweils mit einem der Schaltelemente 21 des Stromrichters 20 verbunden und können dieses Schaltelement 21 gezielt in einen von zwei Schaltzuständen („an“ oder „aus“) versetzen. Das Ansteuern der Schaltzustände erfolgt zentral mittels der zentralen Regeleinrichtung 2.The several switching modules 3 are each with one of the switching elements 21 of the converter 20 connected and can this switching element 21 selectively switch to one of two switching states ("on" or "off"). The switching states are controlled centrally by means of the central control device 2 ,

Die zentrale Regeleinrichtung 2 umfasst in der gezeigten Ausführungsform eine Regeleinheit 5 und eine Kommunikationsschnittstelle 6. Die Regeleinheit 5 erhält Sollwerte 7 für einen gewandelten Strom sowie Istwerte 8 für den gewandelten Strom als Rückkoppelwerte für die Regelung. Auf Grundlage der Sollwerte 7 und der Istwerte 8 legt die Regeleinheit 5 die Schaltzustände aller Schaltelemente 21 des Stromwandlers 20 fest und übergibt diese an die Kommunikationsschnittstelle 6. Die Kommunikationsschnittstelle 6 erzeugt aus den übergebenen Schaltzuständen mindestens ein Datenpaket 9 und übermittelt dieses über die ringförmige Kommunikationsverbindung 4.The central control device 2 comprises a control unit in the embodiment shown 5 and a communication interface 6 , The control unit 5 receives setpoints 7 for a converted current and actual values 8th for the converted current as feedback values for the control. Based on the target values 7 and the actual values 8th sets the control unit 5 the switching states of all switching elements 21 of the current transformer 20 fixed and transfers this to the communication interface 6 , The communication interface 6 generates at least one data packet from the transferred switching states 9 and transmits this via the ring-shaped communication link 4 ,

Im einfachsten Fall entspricht ein aktueller Gesamtschaltzustand aller Schaltelemente 21 des Stromrichters 20 einer einfachen Bitfolge aus einer Anzahl von Bits, welche jeweils den jeweiligen Schaltzustand eines der Schaltelemente 21 repräsentieren. Eine einfache Adressierung kann beispielsweise über einen vorgegebenen Zeitschlitz erreicht werden, welcher für ein bestimmtes Schaltmodul 3 bzw. das diesem zugeordnete Schaltelement 21 in der Bitfolge bzw. einem entsprechenden Datenpaket 9 reserviert ist. Es können aber auch andere Formen der Adressierung vorgesehen sein.In the simplest case, a current overall switching state corresponds to all switching elements 21 of the converter 20 a simple bit sequence of a number of bits, each of which represents the respective switching state of one of the switching elements 21 represent. Simple addressing can be achieved, for example, via a predetermined time slot, which is for a specific switching module 3 or the switching element assigned to it 21 in the bit sequence or a corresponding data packet 9 is reserved. However, other forms of addressing can also be provided.

Die Schaltmodule 3 empfangen das mindestens eine Datenpaket 9 über die ringförmige Kommunikationsverbindung 4 und extrahieren daraus den an das jeweilige Schaltmodul 3 bzw. Schaltelement 21 adressierten Schaltzustand.The switching modules 3 receive the at least one data packet 9 over the ring-shaped communication link 4 and extract from it to the respective switching module 3 or switching element 21 addressed switching state.

Anschließend steuern die Schaltmodule 3 die jeweils diesen zugeordneten Schaltmodule 21 des Stromrichters 20 entsprechend des jeweils extrahierten Schaltzustandes an.Then control the switching modules 3 the respective switching modules assigned to them 21 of the converter 20 according to the extracted switching state.

Die einzelnen Schritte werden anschließend und fortlaufend wiederholt, sodass die Schaltelemente 3 des Stromrichters 20 ein von der zentralen Regeleinrichtung 2 vorgegebenes Schaltmuster erzeugen und hierdurch die Sollwerte 7 für einen Stromausgang des Stromrichters 20 erzeugen.The individual steps are then repeated continuously, so that the switching elements 3 of the converter 20 one from the central control facility 2 Generate a predetermined switching pattern and thereby the setpoints 7 for a current output of the converter 20 produce.

Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 1 zusätzlich mindestens eine weitere ringförmige Kommunikationsverbindung 28 umfasst, wobei eine Kommunikation zwischen der zentralen Regeleinrichtung 2 und den Schaltmodulen 3 redundant ausgelegt ist. Hierdurch erhöht sich eine Verfügbarkeit und eine Ausfallsicherheit der Vorrichtung 1.It can be provided that the device 1 additionally at least one further ring-shaped communication connection 28 comprises, wherein communication between the central control device 2 and the switching modules 3 is designed redundantly. This increases the availability and reliability of the device 1 ,

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die zentrale Regeleinrichtung 2 ferner derart ausgebildet ist, durch ein entsprechend hierfür ausgebildetes und übermitteltes Datenpaket 9, beispielsweise in Form zumindest eines Aktivierungsbits, mindestens eines der Schaltelemente 21 aktivieren und deaktivieren zu können, wobei das mindestens eine Schaltmodul 3 ferner derart ausgebildet ist, das mindestens eine diesem zugeordnete Schaltelement 21 auf Grundlage des übermittelten Datenpakets 9 zu aktivieren und zu deaktivieren. Dies ermöglicht es beispielsweise, den Stromrichter 20 redundant auszulegen, im Betrieb jedoch immer nur teilweise zu betreiben. Bei Bedarf kann auf einen anderen Teil umgeschaltet werden. Auch eine leistungsabhängige Auslegung des Stromrichters 20 wird hierdurch ermöglicht. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass je nach Leistungsanforderungen weitere Schaltelemente, die beispielsweise zu bereits betriebenen redundant ausgelegt sind, hinzu- oder hinweggeschaltet werden.In addition, it can be provided that the central control device 2 is further configured in such a way by means of a data packet which has been appropriately designed and transmitted for this purpose 9 , for example in the form of at least one activation bit, at least one of the switching elements 21 to be able to activate and deactivate, the at least one switching module 3 is further configured such that the at least one switching element assigned to it 21 based on the transmitted data packet 9 to activate and deactivate. This enables, for example, the power converter 20 to be designed redundantly, but only to be operated partially during operation. If necessary, you can switch to another part. Also a power-dependent design of the converter 20 is made possible by this. For example, it can be provided that, depending on the performance requirements, further switching elements, which are designed to be redundant, for example, are switched in or out.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass einzelne Aufgaben von der zentralen Regeleinrichtung 2 auf die einzelnen Schaltmodule 3 verlagert werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Schaltmodule 3 am Schaltelement 21 erfasste Messdaten, beispielsweise einen Strom, eine Spannung und/oder eine Phasenlage, auswerten und/oder klassifizieren und/oder eine Bewertung der erfassten Messdaten, beispielsweise hinsichtlich ihrer Plausibilität, abgeben und als Rückgabewert über die ringförmige Kommunikationsverbindung 4 und gegebenenfalls zusätzlich über die mindestens eine weitere ringförmige Kommunikationsverbindung 28 an die zentrale Regeleinrichtung 2 und/oder mindestens ein anderes Schaltmodul 3 übermitteln. Indem beispielsweise die Schaltmodule 3 selbst Fehler erkennen und darauf reagieren können bzw. einen entsprechenden Rückgabewert an die zentrale Regeleinrichtung 2 und/oder mindestens eine anderes Schaltmodul 3 übermitteln, kann eine effektive zentrale und/oder dezentrale Fehlerkorrektur durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Schaltmodul 3, das eine fehlerhafte Phasenlage erkannt hat, den Zeitpunkt des Ansteuerns des Schaltelements 21 variieren.It can also be provided that individual tasks are performed by the central control device 2 on the individual switching modules 3 be relocated. For example, it can be provided that the switching modules 3 on the switching element 21 Evaluate and / or classify the measured data, for example a current, a voltage and / or a phase position, and / or provide an evaluation of the measured data, for example with regard to its plausibility, and as a return value via the ring-shaped communication link 4 and optionally additionally via the at least one further ring-shaped communication link 28 to the central control device 2 and / or at least one other switching module 3 to transfer. For example, by switching modules 3 identify and react to errors yourself or a corresponding return value to the central control device 2 and / or at least one other switching module 3 can transmit an effective central and / or decentralized error correction. For example, a switching module 3 , which has recognized a faulty phase position, the time of actuation of the switching element 21 vary.

Die Vorrichtung 1 kann prinzipiell beliebig skaliert werden und hierdurch an spezielle Aufgaben und Anordnungen von Schaltelementen 21 angepasst werden. Ein von der Vorrichtung 1 angesteuerter Stromrichter 20 kann insbesondere ein AC/AC-Wandler bzw. Umrichter, ein Vierquadrantensteller, ein DC/DC-Wandler, insbesondere ein Aufwärtswandler (auch als Hochsetzsteller bezeichnet) oder Abwärtswandler (auch als Tiefsetzsteller bezeichnet) oder ein sonstiger Wandler im Hochspannungs-, Mittelspannungs- und/oder Niederspannungsbereich sein. Insbesondere kann es sich bei dem angesteuerten Stromrichter 20 um einen Multi-Level-Umrichter handeln, insbesondere um einen 2-Level-Umrichter oder einen 3-Level-Umrichter. Von der Vorrichtung 1 können prinzipiell beliebig komplexe Stromrichter 20 angesteuert werden (vgl. z.B. die in 5 gezeigte Ausführungsform).The device 1 can, in principle, be scaled as required and thus to special tasks and arrangements of switching elements 21 be adjusted. One from the device 1 controlled converter 20 can in particular be an AC / AC converter or converter, a four-quadrant converter, a DC / DC converter, in particular a step-up converter (also known as a step-up converter) or step-down converter (also known as a step-down converter) or another converter in high-voltage, medium-voltage and / or be low voltage range. In particular, it can be the controlled converter 20 are a multi-level converter, in particular a 2-level converter or a 3-level converter. From the device 1 can in principle arbitrarily complex converters 20 can be controlled (see e.g. in 5 shown embodiment).

Prinzipiell kann die Vorrichtung 1 auch zum Ansteuern eines Stromrichters 20 mit beliebiger Phasenanzahl verwendet werden. Zwar sind nachfolgend stets drei Phasen gezeigt, jedoch können auch mehr (oder auch weniger) als drei Phasen angesteuert werden.In principle, the device 1 also for controlling a converter 20 can be used with any number of phases. Although three phases are always shown below, more (or less) than three phases can also be controlled.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Schaltmoduls 3 zum Ansteuern eines Schaltelements 21 eines Stromrichters. Das Schaltmodul 3 umfasst eine Auswahleinheit 10 und eine Analogtreibereinheit 11. Die Auswahleinheit 10 extrahiert ein dem jeweiligen Schaltelement 21 bzw. dem Schaltmodul 3 zugeordnetes und über die ringförmige Kommunikationsverbindung 4 übermitteltes Datenpaket 9 und extrahiert hieraus einen Schaltzustand 12 des Schaltelements 21 für einen aktuellen Zeitpunkt und übergibt diesen extrahierten Schaltzustand 12 an die Analogtreibereinheit 11. Die Analogtreibereinheit 11 erzeugt auf Grundlage des übergebenen Schaltzustands 12 ein Treibersignal 13, beispielsweise eine Gatespannung für einen Leistungstransistor des Schaltelements 21. 2 shows a schematic representation of an embodiment of the switching module 3 to control a switching element 21 of a converter. The switching module 3 includes a selection unit 10 and an analog driver unit 11 , The selection unit 10 extracts the respective switching element 21 or the switching module 3 assigned and via the ring-shaped communication link 4 transmitted data packet 9 and extracts a switching state from it 12 of the switching element 21 for a current point in time and transfers this extracted switching state 12 to the analog driver unit 11 , The analog driver unit 11 generated on the basis of the transferred switching state 12 a driver signal 13 , for example a gate voltage for a power transistor of the switching element 21 ,

Das übermittelte bzw. empfangene Datenpaket 9 besteht beispielsweise aus einer Abfolge von zeitlich aufeinanderfolgenden Datenschlitzen. In diesen Datenschlitzen 29 sind beispielsweise die Adressen der Schaltelemente 21 mit den jeweils zugehörigen Schaltzuständen 12 der Schaltelemente 21 hinterlegt. Das Datenpaket 9 kann ferner Kontrollbits 30 umfassen, welche einer Überprüfung der in den Datenschlitzen 29 enthaltenen Daten dienen.The transmitted or received data packet 9 consists, for example, of a sequence of temporally successive data slots. In these data slots 29 are, for example, the addresses of the switching elements 21 with the associated switching states 12 of the switching elements 21 deposited. The data packet 9 can also control bits 30 which include a review of the data slots 29 contained data serve.

Eine zeitliche Taktung erfolgt beispielsweise mittels eines Zeitgebers 31. Dies gewährleistet, dass ein Ansteuern der Schaltelemente 21 stets zum aktuellen Zeitpunkt erfolgt bzw. dass eine Zeitbasis zwischen der zentralen Regeleinrichtung 2 und den Schaltmodulen 3 gleich ist.A timing is carried out, for example, by means of a timer 31 , This ensures that the switching elements are activated 21 always occurs at the current time or that there is a time base between the central control device 2 and the switching modules 3 is equal to.

Es kann vorgesehen sein, dass das Schaltmodul 3 zusätzlich eine Rückmeldeeinheit 14 umfasst. Diese Rückmeldeeinheit 14 ermöglicht es, mindestens einen Rückgabewert 15 als Datenpaket 9 über die ringförmige Kommunikationsverbindung 4 an die zentrale Regeleinrichtung 2 (vgl. 1) und/oder mindestens ein anderes Schaltmodul 3 (vgl. 1) zu übermitteln.It can be provided that the switching module 3 additionally a feedback unit 14 includes. This feedback unit 14 allows at least one return value 15 as a data packet 9 over the ring-shaped communication link 4 to the central control device 2 (see. 1 ) and / or at least one other switching module 3 (see. 1 ) to be transmitted.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Schaltmodul 3 zusätzlich mindestens einen Messwert 16 erfassen kann. Dies kann beispielsweise ein Temperaturmesswert sein, der mittels eines Temperatursensors 17 erfasst wird. Der erfasste Messwert 16 wird von einem Verstärker 18 verstärkt und von einem Analog-Digital-Wandler 19 in einen äquivalenten digitalen Wert gewandelt. Dieser digitale Wert wird beispielsweise von der Rückmeldeeinheit 14 als Datenpaket 9 über die ringförmige Kommunikationsverbindung 4 an die zentrale Regeleinrichtung 2 (vgl. 1) und/oder mindestens ein anderes Schaltmodul 3 (vgl. 1) übermittelt.It can also be provided that the switching module 3 additionally at least one measured value 16 can capture. This can be a temperature measurement value, for example, by means of a temperature sensor 17 is recorded. The recorded measured value 16 is from an amplifier 18 amplified and by an analog-to-digital converter 19 converted into an equivalent digital value. This digital value is used, for example, by the feedback unit 14 as a data packet 9 over the ring-shaped communication link 4 to the central control device 2 (see. 1 ) and / or at least one other switching module 3 (see. 1 ) transmitted.

Der Vorteil des modularen Aufbaus der Vorrichtung 1 (vgl. 1) ist, dass die Vorrichtung 1 an beliebige Topologien von Stromrichtern angepasst und beliebig skaliert werden kann.The advantage of the modular structure of the device 1 (see. 1 ) is that the device 1 can be adapted to any topologies of power converters and scaled as desired.

Eine Kommunikation über die ringförmige Kommunikationsverbindung 4 kann insbesondere wie folgt durchgeführt werden: Die zentrale Regeleinrichtung 2 (vgl. 1) legt die Schaltzustände 12 für alle Schaltmodule 3 für einen aktuellen Zeitpunkt fest. Die festgelegten Schaltzustände 12 werden zusammen mit Adressierungen und gegebenenfalls einem Zeitstempel zur Synchronisation als Datenpaket 9 kodiert. Das Datenpaket 9 umfasst beispielsweise sowohl Steuerdaten, welche die festgelegten Schaltzustände 12 umfassen, als auch Rückmeldedaten in Form von beispielswiese den Kontrollbits 30, welche von den einzelnen Schaltmodulen 3 gesetzt werden. Das Datenpaket 9 durchläuft anschließend der Reihe nach die einzelnen Schaltmodule 3. Das erste Schaltmodul 3 auf der ringförmigen Kommunikationsverbindung 4 extrahiert den Schaltzustand 12 für das diesem Schaltmodul 3 zugeordnete Schaltelement 21. Anschließend fügt es beispielsweise einen Rückgabewert 15 in Form eines Kontrollbits 30 an die hierfür vorgesehene Position des Datenpakets 9 ein. Das derart veränderte Datenpaket 9 wird anschließend an das dem ersten Schaltmodul 3 in der Reihe der ringförmigen Kommunikationsverbindung 4 nachfolgende Schaltmodul 3 weitergeleitet. Dieses Schaltmodul 3 verfährt in gleicher Weise wie das erste Schaltmodul 3. Sind alle Schaltmodule 3 durchlaufen, sendet das letzte sich auf dem Ring befindende Schaltmodul 3 das Datenpaket 9 zurück an die zentrale Regeleinrichtung 2 (vgl. 1). Die zentrale Regeleinrichtung 2 kann aus dem zurückgesendeten Datenpaket 9 dann insbesondere die eingefügten Rückgabewerte 15 bzw. Kontrollbits 30 extrahieren und auswerten. Die zentrale Regeleinrichtung 2 verfügt hierdurch über ein reales Abbild der durch Ansteuern realisierten Schaltzustände 12.Communication over the ring-shaped communication link 4 can be carried out in particular as follows: The central control device 2 (see. 1 ) sets the switching states 12 for all switching modules 3 for a current time. The defined switching states 12 are used together with addressing and possibly a time stamp for synchronization as a data packet 9 coded. The data packet 9 includes, for example, both control data, which the specified switching states 12 include, as well as feedback data in the form of, for example, the control bits 30 which of the individual switching modules 3 be set. The data packet 9 then runs through the individual switching modules one after the other 3 , The first switching module 3 on the ring-shaped communication link 4 extracts the switching state 12 for this this switching module 3 assigned switching element 21 , Then it adds, for example, a return value 15 in the form of a control bit 30 to the designated position of the data packet 9 on. The data packet changed in this way 9 is then connected to the first switching module 3 in the row of the ring-shaped communication link 4 subsequent switching module 3 forwarded. This switching module 3 operates in the same way as the first switching module 3 , Are all switching modules 3 go through, sends the last switching module on the ring 3 the data packet 9 back to the central control device 2 (see. 1 ). The central control device 2 can from the returned data packet 9 then in particular the inserted return values 15 or control bits 30 extract and evaluate. The central control device 2 hereby has a real image of the switching states realized by actuation 12 ,

Es kann ferner vorgesehen sein, dass auch die Schaltmodule 3 selbst die gesetzten Kontrollbits 30 bzw. die Rückgabewerte 15 der jeweils auf dem Ring vorhergehenden Schaltmodule 3 auswerten. Dies ermöglicht es, gegebenenfalls das Ansteuern in Abhängigkeit der realen Schaltzustände 12 der jeweils auf dem Ring vorhergehenden Schaltelemente 21 anzupassen.It can also be provided that the switching modules 3 even the set control bits 30 or the return values 15 of the switching modules preceding each on the ring 3 evaluate. This makes it possible, if necessary, to control it as a function of the real switching states 12 of the switching elements preceding each on the ring 21 adapt.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Ansteuern von Schaltelementen 21 eines Stromrichters 20, der als 3-Level-Umrichter 22 ausgebildet ist. Dieser wandelt einen Gleichstrom einer Gleichstromquelle 23, beispielsweise einer Batterie, in ein dreiphasiges Drehfeld zum Antreiben einer elektrischen Maschine 24. Hierzu werden für jede der Phasen jeweils vier Schaltelemente 21, die insbesondere als IGBTs oder MOSFETs ausgebildet sind, eingesetzt, und welche durch Erzeugen eines Pulsmusters den Gleichstrom in das dreiphasige Drehfeld wandeln. 3 shows a schematic representation of an embodiment of the device 1 for controlling switching elements 21 of a converter 20 , which is designed as a 3-level converter 22. This converts a direct current from a direct current source 23 , for example a battery, in a three-phase rotating field for driving an electrical machine 24 , For this purpose, four switching elements are used for each of the phases 21 , which are designed in particular as IGBTs or MOSFETs, and which convert the direct current into the three-phase rotating field by generating a pulse pattern.

In dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass jeweils zwei der Schaltelemente 21 einem Schaltmodul 3 zugeordnet sind, so dass in der Vorrichtung 1 insgesamt sechs Schaltmodule 3 vorgesehen sind. Diese sind alle in Reihe über die ringförmige Kommunikationsverbindung 4 miteinander und mit der zentralen Regeleinrichtung 2 verbunden. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Schaltmodulen 3 sind hierbei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur teilweise gezeigt.In this embodiment it is provided that two of the switching elements 21 a switching module 3 are assigned so that in the device 1 a total of six switching modules 3 are provided. These are all in series over the ring-shaped communication link 4 with each other and with the central control device 2 connected. The connections between the individual switching modules 3 are only partially shown for reasons of clarity.

Die Regeleinheit 5 der zentralen Regeleinrichtung 2 legt für einen aktuellen Zeitpunkt den jeweiligen Schaltzustand der Schaltelemente 21 fest. Dies erfolgt auf Grundlage der Sollwerte 7 und der Istwerte 8 des zum Antreiben der elektrischen Maschine 24 vorgesehenen dreiphasigen Drehfeldes. Die Schaltzustände werden von der Kommunikationsschnittstelle 6 als ein oder mehrere Datenpakete 9 über die ringförmige Kommunikationsverbindung 4 an die Schaltmodule 3 übermittelt. Die Schaltmodule 3 extrahieren jeweils den für das jeweils zugeordnete Schaltmodul 21 vorgesehenen Schaltzustand und steuern das jeweils zugeordnete Schaltelement 21 entsprechend dem jeweiligen Schaltzustand an. Eine Adressierung in den Datenpaketen kann beispielsweise mittels eindeutigen den jeweiligen Schaltelementen 21 bzw. Schaltmodulen 3 zugeordneten Identitätsnummern (IDs) oder auf Grundlage einer vorbestimmten Position in einer Bitfolge erfolgen, wobei in der Bitfolge ein bestimmtes Bit immer dem Schaltzustand eines bestimmten Schaltelements 21 zugeordnet ist. Dieser Ablauf wird fortlaufend wiederholt, sodass die Schaltelemente 21 fortlaufend angesteuert bzw. geschaltet werden und hierdurch ein Schaltmuster erzeugt wird, das aus dem Gleichstrom der Gleichstromquelle 23 das dreiphasige Drehfeld für die elektrische Maschine 24 erzeugt.The control unit 5 the central control device 2 sets the respective switching state of the switching elements for a current point in time 21 firmly. This is done on the basis of the target values 7 and the actual values 8th to drive the electrical machine 24 provided three-phase rotating field. The switching states are from the communication interface 6 as one or more data packets 9 over the ring-shaped communication link 4 to the switching modules 3 transmitted. The switching modules 3 extract the one for the assigned switching module 21 provided switching state and control the respectively assigned switching element 21 according to the respective switching status. Addressing in the data packets can be done, for example, by means of unique switching elements 21 or switching modules 3 assigned identity numbers (IDs) or on the basis of a predetermined position in a bit sequence, with a certain bit in the bit sequence always the switching state of a specific switching element 21 assigned. This process is repeated continuously, so that the switching elements 21 are continuously controlled or switched and thereby a switching pattern is generated which is made from the direct current of the direct current source 23 the three-phase rotating field for the electrical machine 24 generated.

In 4 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Ansteuern von Schaltelementen 21 eines Stromrichters 20 gezeigt, der als 5-Level-Umrichter 25 ausgebildet ist. Der Aufbau der Vorrichtung 1 ist prinzipiell der gleiche wie der in der 3 gezeigten Ausführungsform. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Merkmale. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Schaltmodulen 3 sind auch in 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur teilweise gezeigt. Der Unterschied zu der in der 3 gezeigten Ausführungsform besteht in der Anzahl der Schaltelemente 21 des 5-Level-Umrichters und der in der Folge größeren Anzahl an Schaltmodulen 3 der Vorrichtung 1. Eine solche Erweiterung der Anzahl der Schaltmodule 3 ist vom Prinzip her jedoch aufgrund der modularen Struktur und der ringförmigen Kommunikationsverbindung 4 auf einfache Weise zu erreichen. Die zentrale Regeleinrichtung 2 und die jeweiligen Schaltmodule 3 müssen lediglich entsprechend auf die Anzahl und die 5-Level-Umrichtung konfiguriert werden, ansonsten ist der Ablauf zum Wandeln des Gleichstroms der Gleichstromquelle 23 in das dreiphasige Drehfeld zum Antreiben der elektrischen Maschine 24 der gleiche wie für die in der 3 gezeigte Ausführungsform.In 4 is a schematic representation of an embodiment of the device 1 for controlling switching elements 21 of a converter 20 shown, which is designed as a 5-level converter 25. The structure of the device 1 is basically the same as that in the 3 shown embodiment. The same reference symbols denote the same features. The connections between the individual switching modules 3 are also in 4 only partially shown for reasons of clarity. The difference to that in the 3 shown embodiment consists in the number of switching elements 21 of the 5-level converter and the subsequently larger number of switching modules 3 the device 1 , Such an expansion of the number of switching modules 3 is in principle due to the modular structure and the ring-shaped communication connection 4 easy to achieve. The central control device 2 and the respective switching modules 3 only have to be configured accordingly for the number and the 5-level conversion, otherwise the process for converting the direct current is the direct current source 23 into the three-phase rotating field for driving the electrical machine 24 the same as for those in the 3 shown embodiment.

In 5 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Ansteuern von Schaltelementen 21 eines Stromrichters 20 gezeigt, der als kombinierter mehrphasiger Leistungssteller 26 und verlustarmer Antriebsumrichter 27 mit integriertem DC/DC-Wandler zum Hochsetzten einer Betriebsspannung ausgebildet ist. Ohne auf die Funktionsweise im Detail einzugehen, sind in dieser Ausführungsform jeweils drei Schaltelemente 21 einem Schaltmodul 3 zugeordnet. Die Schaltmodule 3 sind alle in Reihe miteinander und mit der zentralen Regeleinrichtung 2 verbunden. Der Aufbau der Vorrichtung 1 und der Ablauf des Ansteuerns entspricht ansonsten prinzipiell dem Aufbau und dem Ablauf der bereits in den 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsformen, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale bezeichnen und nur die Schaltmuster entsprechend angepasst sind.In 5 is a schematic representation of an embodiment of the device 1 for controlling switching elements 21 of a converter 20 shown as a combined multi-phase power controller 26 and low-loss drive converter 27 is designed with an integrated DC / DC converter to step up an operating voltage. In this embodiment there are three switching elements each without going into the mode of operation in detail 21 a switching module 3 assigned. The switching modules 3 are all in series with each other and with the central control device 2 connected. The structure of the device 1 and the sequence of the control otherwise corresponds in principle to the structure and the sequence already in the 1 to 4 Embodiments described, wherein the same reference numerals designate the same features and only the switching patterns are adapted accordingly.

Die in der 5 gezeigte Ausführungsform macht deutlich, wie flexibel die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eingesetzt werden kann. Durch den modularen Aufbau und die ringförmige Kommunikationsverbindung 4 kann die Vorrichtung 1 flexibel und kostensparend an verschiedene Anwendungsszenarien angepasst werden.The in the 5 The embodiment shown shows how flexible the device according to the invention 1 can be used. By the modular structure and the ring-shaped communication link 4 can the device 1 can be flexibly and cost-effectively adapted to different application scenarios.

Bei den in den 3 bis 5 gezeigten Ausführungsformen der Vorrichtung 1 kann vorgesehen sein, dass die Schaltmodule 3 ferner derart ausgebildet ist, mindestens einen Rückgabewert als Datenpaket 9 über die ringförmige Kommunikationsverbindung 4 an die zentrale Regeleinrichtung 2 und/oder mindestens ein anderes Schaltmodul 3 zu übermitteln. Hierzu können die Schaltmodule 3 beispielsweise entsprechende Rückmeldeeinheiten 14 (vgl. 2) aufweisen. Der Rückgabewert kann beispielsweise ein Statuswert sein, der einen aktuellen Schaltzustand des dem jeweiligen Schaltmodul 3 zugeordneten Schaltelements 21 bzw. der zugeordneten Schaltelemente 21 umfasst. Dies ermöglicht eine fortlaufende Überwachung des Betriebs durch die zentrale Regeleinrichtung 2.In the in the 3 to 5 shown embodiments of the device 1 it can be provided that the switching modules 3 is also designed such that at least one return value as a data packet 9 over the ring-shaped communication link 4 to the central control device 2 and / or at least one other switching module 3 to transmit. For this, the switching modules 3 for example, corresponding feedback units 14 (see. 2 ) exhibit. The return value can be, for example, a status value that represents a current switching status of the respective switching module 3 assigned switching element 21 or the associated switching elements 21 includes. This enables continuous monitoring of the operation by the central control device 2 ,

Bei den in den 3 bis 5 gezeigten Ausführungsformen der Vorrichtung 1 kann ferner vorgesehen sein, dass mindestens ein Schaltmodul 3 ferner derart ausgebildet ist, mindestens einen erfassten Messwert als Datenpaket 9 über die ringförmige Kommunikationsverbindung 4 an die zentrale Regeleinrichtung 2 und/oder mindestens ein anderes Schaltmodul 3 zu übermitteln. Ein solcher Messwert kann beispielsweise ein mittels eines Temperatursensors erfasster Temperaturmesswert, beispielsweise einer Temperatur an einem der Leistungshalbleiter eines Schaltelements 21, sein. Der erfasste Temperaturmesswert wird dann über die ringförmige Kommunikationsverbindung 4 an die zentrale Regeleinrichtung 2 und/oder ein anderes Schaltmodul 3 übermittelt.In the in the 3 to 5 shown embodiments of the device 1 can also be provided that at least one switching module 3 is also designed in such a way that at least one measured value acquired as a data packet 9 over the ring-shaped communication link 4 to the central control device 2 and / or at least one other switching module 3 to transmit. Such a measured value can be, for example, a temperature measured value acquired by means of a temperature sensor, for example a temperature at one of the power semiconductors of a switching element 21 , his. The measured temperature value is then via the ring-shaped communication link 4 to the central control device 2 and / or another switching module 3 transmitted.

Es kann ferner bei den in den 3 bis 4 gezeigten Ausführungsformen vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 1 zusätzlich mindestens eine weitere ringförmige Kommunikationsverbindung 28 (vgl. 1) umfasst, wobei eine Kommunikation zwischen der zentralen Regeleinrichtung 2 und dem mindestens einen Schaltmodul 3 redundant ausgelegt ist. Hierdurch erhöht sich eine Verfügbarkeit und eine Ausfallsicherheit der Vorrichtung 1.It can also be used in the 3 to 4 Embodiments shown that the device 1 additionally at least one further ring-shaped communication connection 28 (see. 1 ) includes, wherein communication between the central control device 2 and the at least one switching module 3 is designed redundantly. This increases the availability and reliability of the device 1 ,

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 1 mindestens ein weiteres Schaltmodul umfasst, wobei das mindestens eine Schaltmodul 3 und das mindestens eine weitere Schaltmoduls gleich ausgebildet sind, sodass ein redundantes Ansteuern der einzelnen Schaltelemente ermöglicht wird.It can further be provided that the device 1 comprises at least one further switching module, the at least one switching module 3 and the at least one further switching module is configured identically, so that redundant activation of the individual switching elements is made possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungcontraption
22
zentrale Regeneinrichtungcentral rain facility
33
Schaltmodulswitching module
44
ringförmige Kommunikationsverbindungcircular communication link
55
Regeleinheitcontrol unit
66
KommunikationsschnittstelleCommunication Interface
77
Sollwertesetpoints
88th
Istwerteactual values
99
Datenpaketdata packet
1010
Auswahleinheitselector
1111
AnalogtreibereinheitAnalog driver unit
1212
Schaltzustandswitching status
1313
Treibersignaldrive signal
1414
RückmeldeeinheitFeedback unit
1515
Rückgabewertreturn value
1616
Messwertreading
1717
Temperatursensortemperature sensor
1818
Verstärkeramplifier
1919
Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
2020
Stromrichterpower converters
2121
Schaltelementswitching element
2222
3-Level-Umrichter3-level inverters
2323
GleichstromquelleDC power source
2424
elektrische Maschineelectrical machine
2525
5-level-Umrichter5-level inverter
2626
Leistungsstellerpower controllers
2727
Antriebsumrichterdrive
2828
weitere ringförmige Kommunikationsverbindungfurther ring-shaped communication link
2929
Datenschlitzdata slot
3030
Kontrollbitcontrol bit
3131
Zeitgebertimer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 2015/089537 A1 [0004]WO 2015/089537 A1 [0004]

Claims (10)

Vorrichtung (1) zum Ansteuern von Schaltelementen (21) eines Stromrichters (20), wobei jedes der Schaltelemente (21) jeweils zwei oder mehr Schaltzustände (12) aufweist, umfassend: eine zentrale Regeleinrichtung (2), mindestens ein Schaltmodul (3) zum Ansteuern mindestens eines dem mindestens einen Schaltmodul (3) zugeordneten und mit diesem verbundenen Schaltelements (21), und eine ringförmige Kommunikationsverbindung (4) zwischen der zentralen Regeleinrichtung (2) und dem mindestens einen Schaltmodul (3), wobei die ringförmige Kommunikationsverbindung (4) getaktet und paketbasiert ist, und wobei die zentrale Regeleinrichtung (2) derart ausgebildet ist, einen Schaltzustand (12) des mindestens einen dem mindestens einen Schaltmodul (3) zugeordneten Schaltelements (21) festzulegen und als Datenpaket (9) über die ringförmige Kommunikationsverbindung (4) an das mindestens eine Schaltmodul (3) zu übermitteln, und wobei das mindestens eine Schaltmodul (3) derart ausgebildet ist, aus dem übermittelten Datenpaket (9) den Schaltzustand (12) des mindestens einen dem mindestens einen Schaltmodul (3) zugeordneten Schaltelements (21) für einen jeweils aktuellen Zeitpunkt zu extrahieren und das mindestens eine zugeordnete Schaltelement (21) entsprechend dem extrahierten Schaltzustand (12) anzusteuern.Device (1) for controlling switching elements (21) of a converter (20), each of the switching elements (21) each having two or more switching states (12), comprising: a central control device (2), at least one switching module (3) for controlling at least one switching element (21) assigned to and connected to the at least one switching module (3), and an annular communication connection (4) between the central control device (2) and the at least one switching module (3), the annular communication connection (4) being clocked and packet-based, and The central control device (2) is designed to determine a switching state (12) of the at least one switching element (21) assigned to the at least one switching module (3) and as a data packet (9) to the at least one switching module via the ring-shaped communication connection (4) (3) to transmit and wherein the at least one switching module (3) is designed to extract the switching state (12) of the at least one switching element (21) associated with the at least one switching module (3) from the transmitted data packet (9) and the at least one to control an assigned switching element (21) according to the extracted switching state (12). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schaltmodul (3) ferner derart ausgebildet ist, mindestens einen Rückgabewert (15) als Datenpaket (9) über die ringförmige Kommunikationsverbindung (4) an die zentrale Regeleinrichtung (2) und/oder mindestens ein anderes Schaltmodul (3) zu übermitteln.Device (1) after Claim 1 , characterized in that the at least one switching module (3) is further designed such that at least one return value (15) as a data packet (9) via the ring-shaped communication link (4) to the central control device (2) and / or at least one other switching module ( 3) to be transmitted. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schaltmodul (3) ferner derart ausgebildet ist, mindestens einen erfassten Messwert (16) als Datenpaket (9) über die ringförmige Kommunikationsverbindung (4) an die zentrale Regeleinrichtung (2) und/oder mindestens ein anderes Schaltmodul (3) zu übermitteln.Device (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that the at least one switching module (3) is further configured such that at least one measured value (16) is recorded as a data packet (9) via the ring-shaped communication link (4) to the central control device (2) and / or at least one other switching module (3) to be transmitted. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Regeleinrichtung (2) ferner derart ausgebildet ist, durch ein entsprechend hierfür ausgebildetes und übermitteltes Datenpaket (9) mindestens eines der Schaltelemente (21) aktivieren und deaktivieren zu können, wobei das mindestens eine Schaltmodul (3) ferner derart ausgebildet ist, das mindestens eine diesem zugeordnete Schaltelement (21) auf Grundlage des übermittelten Datenpakets (9) zu aktivieren und zu deaktivieren.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the central control device (2) is further configured in such a way that it can activate and deactivate at least one of the switching elements (21) by means of a data packet (9) designed and transmitted for this purpose, wherein the at least one switching module (3) is also designed to activate and deactivate the at least one switching element (21) assigned to it on the basis of the transmitted data packet (9). Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens eine weitere ringförmige Kommunikationsverbindung (28) umfasst, wobei eine Kommunikation zwischen der zentralen Regeleinrichtung (2) und dem mindestens einen Schaltmodul (3) redundant ausgelegt ist und/oder dass die Vorrichtung (1) mindestens ein weiteres Schaltmodul umfasst, wobei das mindestens eine Schaltmodul (3) und das mindestens eine weitere Schaltmodul gleich ausgebildet sind.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the device (1) comprises at least one further ring-shaped communication connection (28), communication between the central control device (2) and the at least one switching module (3) being designed redundantly and / or that the device (1) comprises at least one further switching module, the at least one switching module (3) and the at least one further switching module having the same design. Verfahren zum Ansteuern von Schaltelementen (21) eines Stromrichters (20), wobei jedes der Schaltelemente (21) jeweils zwei oder mehr Schaltzustände (12) aufweist und von einem diesem Schaltelement (21) zugeordneten Schaltmodul (3) angesteuert wird, umfassend die folgenden Schritte für jedes von mindestens einem Schaltelement(en) (21): - Festlegen eines Schaltzustands (12) des Schaltelements (21) mittels einer zentralen Regeleinrichtung (2), - Übermitteln des festgelegten Schaltzustands (12) als Datenpaket (9) über eine ringförmige Kommunikationsverbindung (4) an ein dem Schaltelement (21) zugeordnetes Schaltmodul (3), wobei die ringförmige Kommunikationsverbindung (4) getaktet und paketbasiert ist, - Extrahieren des Schaltzustands (12) für einen aktuellen Zeitpunkt aus dem übermittelten Datenpaket (9) mittels des dem Schaltelement (21) zugeordneten Schaltmoduls (3), - Ansteuern des Schaltelements (21) entsprechend dem extrahierten Schaltzustand (12) mittels des dem Schaltelement (21) zugeordneten Schaltmoduls (3).Method for controlling switching elements (21) of a converter (20), each of the switching elements (21) each having two or more switching states (12) and being controlled by a switching module (3) assigned to this switching element (21), comprising the following steps for each of at least one switching element (s) (21): - Determining a switching state (12) of the switching element (21) by means of a central control device (2), - Transmitting the defined switching state (12) as a data packet (9) via a ring-shaped communication link (4) to a switching module (3) assigned to the switching element (21), the ring-shaped communication link (4) being clocked and packet-based, Extracting the switching state (12) for a current point in time from the transmitted data packet (9) by means of the switching module (3) assigned to the switching element (21), - Controlling the switching element (21) in accordance with the extracted switching state (12) by means of the switching module (3) assigned to the switching element (21). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Schaltmodul (3) mindestens ein Rückgabewert (15) als Datenpaket (9) über die ringförmige Kommunikationsverbindung (4) an die zentrale Regeleinrichtung (2) und/oder mindestens ein anderes Schaltmodul (3) übermittelt wird.Procedure according to Claim 6 , characterized in that at least one return value (15) is transmitted as a data packet (9) by a switching module (3) via the ring-shaped communication connection (4) to the central control device (2) and / or at least one other switching module (3). Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Schaltmodul (3) mindestens ein erfasster Messwert (16) als Datenpaket (9) über die ringförmige Kommunikationsverbindung (4) an die zentrale Regeleinrichtung (2) und/oder mindestens ein anderes Schaltmodul (3) übermittelt wird.Procedure according to Claim 6 or 7 , characterized in that a switching module (3) transmits at least one measured value (16) as a data packet (9) via the ring-shaped communication link (4) to the central control device (2) and / or at least one other switching module (3). Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Schaltelemente (21) von der zentralen Regeleinrichtung (2) über ein von dieser an das diesem Schaltelement (21) zugeordnete Schaltmodul (3) übermitteltes Datenpaket (9) aktiviert oder deaktiviert wird.Procedure according to one of the Claims 6 to 8th characterized in that at least one of the switching elements (21) is activated or deactivated by the central control device (2) via a data packet (9) transmitted by the latter to the switching module (3) assigned to this switching element (21). Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kommunikation auf redundante Weise mittels mindestens einer weiteren ringförmigen Kommunikationsverbindung (28) durchgeführt wird und/oder dass das Extrahieren und Ansteuern mittels mindestens eines weiteren Schaltmoduls in redundanter Weise durchgeführt wird.Procedure according to one of the Claims 6 to 9 , characterized in that communication in a redundant manner by means of at least a further annular communication connection (28) is carried out and / or that the extraction and control is carried out by means of at least one further switching module in a redundant manner.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020211852A1 (en) 2020-09-22 2022-03-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Gate driver device and circuit configuration
DE102021204968A1 (en) 2021-05-17 2022-11-17 Volkswagen Aktiengesellschaft charger

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2677653A1 (en) * 2012-06-19 2013-12-25 Siemens Aktiengesellschaft Modular multilevel converter
WO2015089537A1 (en) * 2013-12-19 2015-06-25 Schneider Electric Power Drives Gmbh Method for actuating inverters connected in parallel
WO2017157614A1 (en) * 2016-03-18 2017-09-21 Siemens Aktiengesellschaft Modular multi-stage converter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2677653A1 (en) * 2012-06-19 2013-12-25 Siemens Aktiengesellschaft Modular multilevel converter
WO2015089537A1 (en) * 2013-12-19 2015-06-25 Schneider Electric Power Drives Gmbh Method for actuating inverters connected in parallel
WO2017157614A1 (en) * 2016-03-18 2017-09-21 Siemens Aktiengesellschaft Modular multi-stage converter

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020211852A1 (en) 2020-09-22 2022-03-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Gate driver device and circuit configuration
DE102021204968A1 (en) 2021-05-17 2022-11-17 Volkswagen Aktiengesellschaft charger
DE102021204968B4 (en) 2021-05-17 2023-01-05 Volkswagen Aktiengesellschaft charger

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