模块化的高频逆变器及其运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模块化的高频逆变器。本发明还涉及一种用于运行该高频逆变器的方法。
【背景技术】
[0002]当前所述的类型的逆变器电路在Lukas Lambertz et al的“用于机动车驱动装置的模块化高频逆变器”，EMA 2010，08.-09.2010年九月的阿萨芬堡的公开文献中公开，该高频逆变器用于对机动车驱动装置中的电驱动电机的电机绕组进行电能供给。
[0003]已知的模块化高频逆变器(缩写为MHF逆变器)设置用于将来自机动车的牵引电池的直流电压转换成多个交流电压。各个交流电压在此通过多个子模块产生，这些子模块并联地连接在牵引电池的供电电路中。每个子模块在此在输入侧通过单相的半桥与供电电路连接。为了产生交流电压，每个子模块在输出侧具有单相的全桥(H桥)，其通过负载电路与机动车驱动电极的相绕组连接。在子模块的内部，输入侧的半桥和全桥与中间电路电容一同并联连接成(直流电压)中间电路。
[0004]在MHF逆变器的正常运行(驱动模式)中，其中通过逆变器的子模块将来自供电电路的电功率传输到相应的负载电路中，子模块的输入半桥与布置在供电电路中的电容共同作用作为高压设定调制器运行。
[0005]为此，子模块通常以常规交替的方式连接到供电电路上。输入侧的半桥为此目的通常以周期性的载体信号来控制，这些载体信号以相同的相位角错置。通过这种控制，相应地连接的子模块的中间电路电压以断开脉冲的时长接入到供电电路中。
[0006]对于驱动模式附加的是，子模块的输入侧半桥以回馈模式运行，在该模式中，来自负载电路的电功率通过相应所属的子模块回馈到供电电路中。子模块的输入侧半桥为此作为降压设定调制器来运行。
[0007]子模块的中间电路电压对于每个子模块来说都独立地通过改变相应的接通脉冲的时长来调节。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于改进MHF逆变器及其运行方法。
[0009]在方法方面，该目的根据本发明通过权利要求1的特征实现。在MHF逆变器方面，该目的根据本发明通过权利要求9的特征实现。本发明的优选的和部分有创造性的设计方案和改进方案在从属权利要求和接下来的描述中展现。
[0010]本发明由MHF逆变器出发，其包括多个子模块。这些子模块在此符合规定地在输入侧并联地通过电容器连接到由直流电压源通电的供电电路中。每个子模块在输入侧具有半桥(接下来称为输入桥)，利用该半桥将子模块连接到供电电路中。每个子模块在输入侧具有至少单相的全桥(接下来称为输出桥)，子模块利用该输出桥通过负载电路与待控制的负载连接。每个子模块还具有(直流电压)中间电路，在该中间电路中，输入桥和输出桥并联连接。在中间电路中，为此-构成输入桥和输出桥的并联电路-连接有中间电路电容。
[0011]MHF逆变器尤其设置为在电动车辆的机动车驱动装置中使用。在该应用情况中，机动车的牵引电池(高压电池)设置作为供电电路的直流电源。连接在子模块的输出侧的负载在此尤其是电动机或者该电动机的相绕组。优选的是，电动机的每个相绕组在此都对应于一个自身的子模块。对此可替换的是，然而在本发明的范畴中，多相电动机的多个相绕组可以连接到一个共同的子模块上。输出桥在该种情况中通过相应的多相全桥形成。在本发明的特殊的应用情况中，多个电动机-其例如用于分别选择性地驱动机动车的不同车轮-彼此并行地通过MHF逆变器的不同的子模块控制。每个子模块的中间电路电容尤其相应地通过一个或者多个电容器形成。
[0012]根据该方法，子模块的中间电路电容交替地通过相应地对应的输入桥连接到供电电路中。子模块的中间电路电容在供电电路中的连接在接下来缩写为相应的子模块在供电电路上的“连接”。其中间电路电容连接到供电电路中的一个或每个子模块接下来被描述为“连接上的子模块”。通常，在每个时间点都一直在供电电路上同时连接有多个子模块。
[0013]根据本发明，现在测定通过每个子模块的相应的中间电路电容现将的中间电路电压。一个或者每个待连接的子模块在此根据本发明根据所属的中间电路电压与预设的电压额定值之间的电压偏差选择。尤其是在方法的优选的设计方案中，至少具有最大的电压偏差的那个子模块(尤其是具有较大的正电压偏差)或者至少具有最小的电压偏差的那个子模块(尤其是具有较大的负电压偏差)被一直连接到供电电路上。当测定的中间电路电压超过电压额定值时，该电压偏差在此被评估为正。当测定的中间电路电压低于电压额定值时，该电压偏差在此被评估为负。
[0014]通过根据相应的中间电路电压的电压偏差来选择待连接的子模块，能够以特别简单、但是有效的方式实现在供电电路中的功率流的均匀性。为此，输入桥的开关过程数量能够被降低。逆变器组件，尤其是输入桥的半导体开关的负载也因此能被降低。
[0015]本发明在此尤其能够为每个子模块独立地提供电压额定值。因此，子模块能够在本发明的范畴中选择性地调节至相同的或者不同的中间电路电压。尤其对于后一种情况来说，根据该方法，有利地通过将相应地测定的中间电路电压与所属的电压额定值进行比较来精确地为每个子模块计算出电压偏差。然而一旦为所有的子模块统一地(并且因此相同地)提供电压额定值，那么就不精确地计算电压偏差。在该种情况中更多地是将中间电压额定值彼此直接地进行比较，因为在相同的电压额定值时的电压偏差的区别在识别方面直接表述为测定的中间电路电压的区别。
[0016]在改进的方法变体方案中，对于中间电路电压来说附加的是，确定供电电路中流动的电流的电流方向并且在选择待连接的子模块时加以考虑。在此，当电流方向为正时，至少具有最小(尤其是较大的负值)的电压偏差的那个子模块被一直连接到供电电路上。相反，在负的电流方向时，至少具有最大(尤其是较大的正值)的电压偏差的那个子模块被一直连接到供电电路上。
[0017]在此，具有“正的电流方向”的电流根据技术性的电流方向定义被评估为从直流电压源的正极向负极指向的电流。相反，从直流电压源的负极向正极指向的电流被评估为“负”。
[0018]因此，在之前描述的方法变体方案中，中间电路电压的匹配取决于电流方向地不仅通过对部分放电的中间电路电容的主动充电执行而且也通过对过度充电的中间电路电容的主动放电来执行，并且由此是特别有效的。
[0019]在该方法的有利的设计方案中，被连接上的子模块的输入桥通过输入控制信号时钟地控制。输入控制信号以有利的方式通过脉冲信号形成，该脉冲信号在预设的时钟时长的每个时钟周期中都相应地具有一个脉冲和具有可调节的控制度的脉冲停顿(也称为脉冲-停顿比例或者占空比)。
[0020]控制度的变体方案在此根据本发明的方法实现不仅仅对各个中间电路电压，而且不取决于该电压也对通过供电电路流动的电流(供电电流)根据需求地进行调节。对于电压调节来说，优选的是测定总和电压，其通过所有子模块的测定的中间电路电压之和来给出。由该总和电压与电压额定值之和的偏差在此推导出用于供电电流的电流额定值。该电压额定值由作为用于连接在后面的电流调节装置的输入参数使用。在该电流调节壮汉子中，供电电流通过接通和断开子模块，并进而通过改变通过在供电电流电路中的子模块在总体上下架的电压(有效电压)来调节。
[0021]在简单的可实现的方法变体方案中，对于输入控制信号的每个时钟周期来说，一个或每个待连接的子模块根据电压偏差被再次选择。也就是尤其对于每个时钟周期再次-根据本方法的之前描述的设计方案-至少测定具有最大的(尤其是具有较大的正值)或者具有最小的(尤其是具有较大的负值)电压偏差的那个子模块被连接到供电电路上。
[0022]在一个替代的方法变体方案中，在待连接的子模块之间的转换根据当前引入的有效电压来执行，也就是说，取决于这样的电压，该电压在筒体上通过并联连接的子模块的输入电路下降。当该该有效电压-仅仅为连接上的子模块提供不为零的值-与预设的额定值偏差超过一个预设的切换值时，子模块在此才被接通或者断开。该切换值在此在方法的有利的设计方案中可变地选择，从而使其对应于被确定为接通或者断开的子模块)的中间电路电压的一半(一半的值)。额定值优选地与当前描述的电流调节给出的调节参数导出。
[0023]在本发明的有利的设计方案中，根据MHF逆变器自动地根据本发明的方法。该逆变器在此包括控制装饰，该控制装置在开关技术上和/或编程技术上用于执行本方法，尤其以之前描述的设计方案变体之一来执行。在此，控制装置尤其包括微控制器，在该微控制器中实施在逆变器运行中自动地执行该方法的控制程序(固件)。可替换地或者附加的是，控制装置包括至少一个不可编程的硬件电路(例如ASIC)，在该电路中利用电路技术装置来执行该方法或者该方法的一部分。
[0024]控制装置在本发明的范畴中可以通过唯一的、对所有的逆变器模块共同进行控制的(中央)控制单元形成，例如也就是通过唯一的微控制器形成。可选或者可替换的是，但是控制装置为此在本发明的范畴中也可以完全或者部分地非中央地结构化，其中为每个逆变器模块对应(至少)一个自身的控制单元。
【附图说明】
[0025]接下来根据附图对本发明的实施例进一步说明。图中示出:
[0026]图1以示意性的简化电路图示出了具有三个并联连接的子模块的MHF逆变器，