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DE102008026500B4 - Method and device for regulating the commutation speed between series-connected power electronic actuators with an inductive load - Google Patents

Method and device for regulating the commutation speed between series-connected power electronic actuators with an inductive load Download PDF

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DE102008026500B4
DE102008026500B4 DE102008026500.4A DE102008026500A DE102008026500B4 DE 102008026500 B4 DE102008026500 B4 DE 102008026500B4 DE 102008026500 A DE102008026500 A DE 102008026500A DE 102008026500 B4 DE102008026500 B4 DE 102008026500B4
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Abstract

Verfahren zur Regelung der Kommutierungsgeschwindigkeit zwischen in Reihe geschalteten leistungselektronischen Stellgliedern (5-1, 5-2, 6-1, 6-2) mit induktiver Last (4), wobei die Stellglieder (5-1, 5-2, 6-1, 6-2) in einer Leistungsschalteranordnung (3) zwischen einem positiven Versorgungspotenzial (VS) und einem Bezugspotenzial (GND) angeordnet sind, von denen mindestens ein Stellglied (5-1, 5-2) aktiv ein- und ausgeschaltet wird und über Steuersignalleitungen (7-1, 7-2) mit einer Ansteuerschaltung (2), die eine zentrale Steuerschaltung (2-1) mit darin befindlichen Teilschaltungen enthält, verbunden ist, wobei der Ansteuerschaltung (2) eine übergeordnete Programmier- und Steuereinheit (1) vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung oder der Strom auf der Steuersignalleitung (7-1, 7-2) des aktiv schaltenden Stellgliedes (5-1, 5-2) während eines Schaltvorgangs in mindestens zwei Zeitintervallen variiert wird, wobei mindestens ein Zeitintervall als Parameter auf einer ersten und einer zweiten, von einer einen Regelalgorithmus der digitalen Flankenregulierung aufweisenden Teilschaltung (2-1b) der zentralen Steuerschaltung (2-1) zu einer Hilfssignalschaltung (2-3) zur Erzeugung zeitverzögerter Hilfssignale für die Ansteuerung von Treiberstufen (2-6, 2-7) für zugehörige Treiberteilstromquellen (17-1, 17-2, 17-3, 17-4) der Stellglieder (5-1, 5-2) führenden Parameterübergabeleitung (13-1, 13-2) in Abhängigkeit von Messsignalen auf mindestens einem Messsignalabgriff (10-1; 10-2, 10-3, 10-4) aus der Leistungsschalteranordnung (3) und in jeder Schaltperiode eines Signals auf einer Steuervorgabeschnittstelle (18) von der übergeordneten Programmier- und Steuereinheit (1) um eine feste oder variable Schrittweite so adaptiv variiert und abgespeichert wird, dass nach einer endlichen Anzahl n≥1 von Schaltperioden die Kommutierungsdauer in einem festen Verhältnis zu einem zweiten vorgegebenen Zeitintervall als Parameter auf einer dritten und einer vierten, von einer ein Register für die Kommutierungsdauer-Sollwerte darstellenden Teilschaltung (2-1d) der zentralen Steuerschaltung (2-1) zu der Hilfssignalschaltung (2-3) zur Erzeugung zeitverzögerter Hilfssignale für die Ansteuerung von Treiberstufen (2-6, 2-7) für zugehörige Treiberteilstromquellen (17-1, 17-2, 17-3, 17-4) der Stellglieder (5-1, 5-2) führenden Parameterübergabeleitung (13-3, 13-4) steht und auch bei veränderlichen Betriebsbedingungen der Leistungsschalteranordnung (3) in dem festen Verhältnis gehalten wird.Method for regulating the commutation speed between series-connected power electronic actuators (5-1, 5-2, 6-1, 6-2) with inductive load (4), the actuators (5-1, 5-2, 6-1 , 6-2) are arranged in a circuit breaker arrangement (3) between a positive supply potential (VS) and a reference potential (GND), of which at least one actuator (5-1, 5-2) is actively switched on and off and via control signal lines (7-1, 7-2) is connected to a control circuit (2) which contains a central control circuit (2-1) with subcircuits located therein, the control circuit (2) being preceded by a higher-level programming and control unit (1) is, characterized in that the voltage or the current on the control signal line (7-1, 7-2) of the actively switching actuator (5-1, 5-2) is varied during a switching process in at least two time intervals, with at least one time interval as a parameter on an e rsten and a second, from a subcircuit (2-1b) of the central control circuit (2-1) having a control algorithm of the digital edge regulation to an auxiliary signal circuit (2-3) for generating time-delayed auxiliary signals for the control of driver stages (2-6, 2 -7) for associated driver partial current sources (17-1, 17-2, 17-3, 17-4) of the actuators (5-1, 5-2) leading parameter transfer line (13-1, 13-2) depending on measurement signals at least one measurement signal tap (10-1; 10-2, 10-3, 10-4) from the circuit breaker arrangement (3) and in each switching period of a signal on a control input interface (18) from the higher-level programming and control unit (1) so adaptively varies by a fixed or variable step size it is stored that after a finite number n≥1 of switching periods the commutation duration in a fixed ratio to a second predetermined time interval as a parameter on a third and a fourth subcircuit (2-1d) of the central control circuit (2-1) to the auxiliary signal circuit (2-3) for generating time-delayed auxiliary signals for controlling driver stages (2-6, 2-7) for associated driver partial current sources (17-1, 17-2, 17-3, 17 -4) of the actuators (5-1, 5-2) leading parameter transfer line (13-3, 13-4) is and also in the case of changing operating conditions of the circuit breaker arrangement (3) in the fixed ratio will.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Kommutierungsgeschwindigkeit zwischen in Reihe geschalteten leistungselektronischen Stellgliedem mit induktiver Last, wobei die Stellglieder in einer Leistungsschalteranordnung zwischen einem positiven Versorgungspotenzial und einem Bezugspotenzial angeordnet sind, von denen mindestens ein Stellglied aktiv ein- und ausgeschaltet wird und über Steuersignalleitungen mit einer Ansteuerschaltung, die eine zentrale Steuerschaltung mit darin befindlichen Teilschaltungen enthält, verbunden ist, und der Ansteuerschaltung eine übergeordnete Programmier- und Steuereinheit vorgeschaltet ist.The invention relates to a method and a device for regulating the commutation speed between series-connected power electronic actuators with an inductive load, the actuators being arranged in a circuit breaker arrangement between a positive supply potential and a reference potential, of which at least one actuator is actively switched on and off and is connected via control signal lines to a control circuit which contains a central control circuit with subcircuits located therein, and a higher-level programming and control unit is connected upstream of the control circuit.

Ein solches Verfahren zur Ansteuerung leistungselektronischer Stellglieder mit dem Ziel niedriger elektromagnetischer Störaussendung bei gleichzeitig niedrigen Schaltverlusten sind bereits in verschiedenen Ausführungen veröffentlicht worden, bei welchem die Kommutierungsgeschwindigkeit innerhalb einer Leistungs-FET-Halbbrücke gesteuert wird, ist im B6-Treiberschaltkreis TLE 6280 GB implementiert und in der Veröffentlichung Infineon Technologies AG: 3-phase Bridge Driver IC TLE 6280GP, Data Sheet, 2004, http://www.infineon.com/upload/Document/cmc_upload/documents/010/TLE6280GP_F1.pdf, 7. Mai 2007, beschrieben. Über einen Hochpassfilter in der Versorgungsleitung wird die im Lastkreis induzierte Störspannung kapazitiv ausgekoppelt und im Treiberschaltkreis ausgewertet. So wird der Treiberstrom im Schaltmoment proportional zur auftretenden Störspannung verringert.Such a method for controlling power electronic actuators with the aim of low electromagnetic interference with low switching losses at the same time has already been published in various versions, in which the commutation speed is controlled within a power FET half-bridge, is implemented in the B6 driver circuit TLE 6280 GB and in the publication Infineon Technologies AG: 3-phase Bridge Driver IC TLE 6280GP, Data Sheet, 2004, http://www.infineon.com/upload/Document/cmc_upload/documents/010/TLE6280GP_F1.pdf, May 7, 2007 . The interference voltage induced in the load circuit is capacitively decoupled via a high-pass filter in the supply line and evaluated in the driver circuit. In this way, the driver current at the moment of switching is reduced proportionally to the occurring interference voltage.

Ein Problem dieses Verfahrens ist, dass erst, nachdem eine Störung aufgetreten ist, auf dieses Ereignis reagiert werden kann.A problem with this procedure is that it is only possible to respond to this event after a fault has occurred.

In Systemen mit induktiver Last fließt ein kontinuierlicher Laststrom und die Leistungsschalteranordnung ist so gestaltet, dass in jedem Schaltzustand ein leistungselektronisches Stellglied den Laststrom übernehmen kann.In systems with an inductive load, a continuous load current flows and the circuit breaker arrangement is designed in such a way that an electronic power actuator can take over the load current in every switching state.

Die Kommutierungsdauer bzw. die Kommutierungsgeschwindigkeit wird durch adaptive Ansteuerverfahren beeinflusst. Eine Prinzipdarstellung einer herkömmlichen Vorrichtung besteht aus einer übergeordneten Steuereinheit 1 (z. B. einem Mikrocontroller) und einer Ansteuerschaltung 2 mit Rückkopplung aus der Leistungsschalteranordnung 3 mit induktiver Last 4, wie in 1 dargestellt, die ein stark vereinfachtes Blockschaltbild eines Schaltwandlers mit Erfassung und Rückkopplung des aktuellen Halbbrückenzustandes angibt, wobei die Leistungsschalteranordnung 3 einschließlich der induktiven Last 4 mit der Ansteuerschaltung 2 sowohl über eingehende eingangsseitig anliegende Steuersignale als auch über ausgangsseitige Zustandsinformationssignale in Verbindung steht. Der Ansteuerschaltung 2 ist eine übergeordnete Programmier- und Steuereinheit 1 vorgeschaltet.The commutation duration or the commutation speed is influenced by adaptive control methods. A schematic diagram of a conventional device consists of a higher-level control unit 1 (e.g. a microcontroller) and a control circuit 2 with feedback from the circuit breaker arrangement 3 with inductive load 4th , as in 1 shown, which indicates a greatly simplified block diagram of a switching converter with detection and feedback of the current half-bridge state, the circuit breaker arrangement 3 including the inductive load 4th with the control circuit 2 is in communication both via incoming control signals present on the input side and via status information signals on the output side. The control circuit 2 is a higher-level programming and control unit 1 upstream.

Eine entsprechende Leistungsschalteranordnung 3 besteht aus zwei in Reihe geschalteten leistungselektronischen Stellgliedem 5-1, 5-2, 6-1, 6-2 in Form von Leistungsschaltern. Diese müssen in der Art angesteuert werden, dass niemals beide aktiv schaltenden Stellglieder 5-1, 5-2 gleichzeitig eingeschaltet sind.A corresponding circuit breaker arrangement 3 consists of two power electronic actuators connected in series 5-1 , 5-2 , 6-1 , 6-2 in the form of circuit breakers. These must be controlled in such a way that both actuators never switch actively 5-1 , 5-2 are switched on at the same time.

Um in jedem Schaltzustand den Laststrom führen zu können, muss die Anordnung mindestens ein aktiv schaltendes Stellglied (z. B. MOSFET) und ein passiv schaltendes Stellglied (z. B. Diode) beinhalten. Es können jedoch auch zwei aktiv schaltende Stellglieder verwendet werden, bei denen während der Schaltpausen ein zusätzliches passiv schaltendes Stellglied den Laststrom übernimmt.In order to be able to carry the load current in every switching state, the arrangement must contain at least one actively switching actuator (e.g. MOSFET) and one passively switching actuator (e.g. diode). However, two actively switching actuators can also be used, in which an additional passively switching actuator takes over the load current during the switching pauses.

Eine herkömmliche Leistungsschalteranordnung 3 mit zwei MOSFET-Leistungsschaltem 5-1 und 5-2, aus M1 und M2 bestehend, ist in 3 dargestellt. Bei Verwendung von MOSFETs sind bereits die passiv schaltenden Stellglieder 6-1 und 6-2 als Dioden prinzipbedingt im Leistungsschalter integriert. Eine solche Leistungsschalteranordnung 3 wird im Allgemeinen als Halbbrücke bezeichnet.A conventional circuit breaker arrangement 3 with two MOSFET power switches 5-1 and 5-2 , consisting of M1 and M2, is in 3 shown. When using MOSFETs, the passively switching actuators are already present 6-1 and 6-2 integrated as diodes in the circuit breaker due to the principle. Such a circuit breaker arrangement 3 is commonly referred to as a half bridge.

Die beiden Leistungsschalter 5-1 und 5-2 werden durch die beiden Steuersignalleitungen 7-1 und 7-2 wechselseitig angesteuert, so dass sich ein nahezu konstanter Laststrom durch die induktive Last 4 mit niedrigem Stromrippel einstellt. Über das Verhältnis der Einschaltdauern der Leistungsschalter 5-1 und 5-2 kann die Leistung am Ausgang der Leistungsschalteranordnung eingestellt werden.The two circuit breakers 5-1 and 5-2 are through the two control signal lines 7-1 and 7-2 controlled alternately so that there is an almost constant load current through the inductive load 4th sets with low current ripple. About the ratio of the switch-on times of the circuit breakers 5-1 and 5-2 the power can be set at the output of the circuit breaker arrangement.

Eine solche Leistungsschalteranordnung 3 wird z. B. zur Ansteuerung von Gleichstrommaschinen und als Gleichspannungsschaltwandler zur Versorgung elektronischer Systeme eingesetzt. Bei Verwendung mehrerer Halbbrücken erweitert sich das Anwendungsgebiet z. B. auf elektronisch kommutierte Maschinen.Such a circuit breaker arrangement 3 is z. B. used to control DC machines and as DC voltage switching converters to supply electronic systems. When using several half-bridges, the area of application expands z. B. on electronically commutated machines.

Die Steuersignale auf den Steuersignalleitungen 7-1 und 7-2 sind so ausgestaltet, dass immer nur einer der Leistungsschalter 5-1 oder 5-2 eingeschaltet ist. Eine Schaltpause (Totzeit) wird eingefügt, bei der beide Leistungsschalter 5-1 und 5-2 ausgeschaltet sind. Damit immer verbunden ist eine Kommutierung des Laststromes auf eine der beiden Dioden 6-1 und 6-2, unabhängig davon, ob eine Halbbrücke mit einem oder zwei aktiv geschalteten Stellgliedern aufgebaut ist. Im Beispiel in 3 kommutiert der Laststrom immer auf die zweite Diode 6-2.The control signals on the control signal lines 7-1 and 7-2 are designed so that only one of the circuit breakers 5-1 or 5-2 is switched on. A switching pause (dead time) is inserted in which both circuit breakers 5-1 and 5-2 are turned off. This is always associated with a commutation of the load current to one of the two diodes 6-1 and 6-2 , regardless of whether a half bridge is set up with one or two actively switched actuators. In the example in 3 the load current always commutes to the second diode 6-2 .

Bei jedem Schaltvorgang muss die zweite Diode 6-2 somit vom Sperr- in den Durchlassbereich und umgekehrt wechseln, um den Laststrom zu übernehmen. Insbesondere häufig eingesetzte PIN-Dioden besitzen dabei ein ungünstiges Einschalt- und Ausschaltverhalten, welches zusätzliche Verluste verursacht und parasitäre Schwingkreise des Aufbaus anregt.The second diode must 6-2 thus switch from the blocking to the passing range and vice versa in order to take over the load current. Frequently used PIN diodes in particular have an unfavorable switch-on and switch-off behavior, which causes additional losses and excites parasitic resonant circuits in the structure.

Während des Ausschaltvorgangs des ersten Leistungsschalters 5-1 kann die zweite Diode 6-2 nicht beliebig schnell vom Sperrbereich in den Durchlassbereich wechseln (Forward Recovery Verhalten). Es tritt damit eine Einschalt-Spannungsspitze am Lastanschluss 8 auf. Die Einschalt-Spannungsspitze ist dabei umso größer, je größer die Stromänderungsgeschwindigkeit ist. Es muss damit eine höhere Spannungsfestigkeit bei der Dimensionierung der Leistungsschalteranordnung 3 berücksichtigt werden.During the opening process of the first circuit breaker 5-1 can the second diode 6-2 Do not switch from the restricted area to the passband as quickly as you like (forward recovery behavior). A switch-on voltage peak occurs at the load connection 8th on. The switch-on voltage peak is greater, the greater the rate of current change. It must therefore have a higher dielectric strength when dimensioning the circuit breaker arrangement 3 must be taken into account.

Beim Einschaltvorgang des ersten Leistungsschalters 5-1 kann die zweite Diode 6-2 nicht beliebig schnell sperren (Reverse Recovery Verhalten). Das innere Bahngebiet der zweiten Diode 6-2 muss von Ladungsträgern ausgeräumt werden. Dies verursacht einen durch den ersten Leistungsschalter 5-1 und die zweite Diode 6-2 fließenden Querstrom zusätzlich zum Laststrom. Durch den Querstrom entstehen zusätzliche Verluste im ersten Leistungsschalter 5-1. Ist das innere Bahngebiet der zweiten Diode 6-2 ausgeräumt, kommt es zum abrupten Abriss des Querstromes. Der Stromabriss sorgt dafür, dass ein Reihenschwingkreis, bestehend aus Leitungsinduktivitäten, wie in 3 dargestellt, und Sperrschichtkapazitäten des zweiten Leistungsschalters 5-2 und der zweiten Diode 6-2, angeregt wird.When the first circuit breaker closes 5-1 can the second diode 6-2 do not lock as quickly as you like (reverse recovery behavior). The inner orbit area of the second diode 6-2 must be cleared of load carriers. This causes one through the first breaker 5-1 and the second diode 6-2 flowing cross current in addition to the load current. The cross current creates additional losses in the first circuit breaker 5-1 . Is the inner orbit area of the second diode 6-2 cleared, there is an abrupt break in the cross flow. The current interruption ensures that a series resonant circuit, consisting of line inductances, as in 3 shown, and junction capacitances of the second circuit breaker 5-2 and the second diode 6-2 , is stimulated.

Die Rückstromspitze durch die zweite Diode 6-2 und damit der maximale Querstrom durch den ersten Leistungsschalter 5-1 und durch die zweite Diode 6-2 wird bestimmt von der vorherigen Stromänderungsgeschwindigkeit. Je niedriger die vorherige Stromänderungsgeschwindigkeit in der zweiten Diode 6-2 ist, umso geringer ist die Rückstromspitze und umso niedriger auch die Anregung der parasitären Schwingkreise.The reverse current spike through the second diode 6-2 and thus the maximum cross current through the first circuit breaker 5-1 and through the second diode 6-2 is determined by the previous rate of change of current. The lower the previous rate of current change in the second diode 6-2 is, the lower the reverse current peak and the lower the excitation of the parasitic resonant circuits.

Die beschriebenen Eigenschaften verursachen einen niedrigeren Wirkungsgrad der Leistungsschalteranordnung und verschlechtern die elektromagnetische Verträglichkeit, insbesondere die Störaussendung.The properties described cause a lower efficiency of the circuit breaker arrangement and worsen the electromagnetic compatibility, in particular the emission of interference.

Um diese Eigenschaften beeinflussen zu können, soll die Kommutierungsdauer und damit die Stromänderungsgeschwindigkeit während der Kommutierung zwischen zwei leistungselektronischen Stellgliedern geregelt werden.In order to be able to influence these properties, the commutation duration and thus the rate of current change during commutation between two power electronic actuators should be regulated.

Adaptive Ansteuerverfahren werden vorrangig in integrierten Treiberschaltkreisen implementiert. Um gezielt auf das Verhalten der aktiv schaltenden leistungselektronischen Stellglieder 5-1 und 5-2 während der Schaltvorgänge einwirken zu können, werden Informationen über den aktuellen Zustand der Leistungsschalteranordnung 3 gewonnen. Aus den rückgekoppelten Größen werden dann Kriterien zur Bildung der Steuergrößen auf den Steuersignalleitungen 7-1 und 7-2 für die Leistungsschalter 5-1 und 5-2 abgeleitet.Adaptive control methods are primarily implemented in integrated driver circuits. In order to target the behavior of the actively switching power electronic actuators 5-1 and 5-2 To be able to act during the switching processes, information about the current state of the circuit breaker arrangement 3 won. Criteria for forming the control variables on the control signal lines are then derived from the feedback variables 7-1 and 7-2 for the circuit breakers 5-1 and 5-2 derived.

Am Beispiel einer zum Teil herkömmlichen MOSFET-Halbbrücke aus 3 ist der Gatestrom die primäre Steuergröße, welche die Gatekapazitäten der aktiven Stellglieder 5-1 und 5-2 umlädt. Daraus ergeben sich resultierende Spannungen auf den Steuersignalleitungen 7-1 und 7-2.Using the example of a partially conventional MOSFET half-bridge 3 the gate current is the primary control variable that controls the gate capacitances of the active actuators 5-1 and 5-2 reloads. This results in the resulting voltages on the control signal lines 7-1 and 7-2 .

Damit ist eine Regelung der Kommutierungsdauer möglich. Mit steigender Kommutierungsdauer nimmt dabei die Schaltverlustleistung in den aktiven Stellgliedem 5-1 und 5-2 zu, was zu einem niedrigeren Wirkungsgrad führt. Gleichzeitig werden jedoch die parasitären Schwingkreise der Leistungsschalteranordnung 3 weniger stark angeregt. Dies verringert wiederum die elektromagnetische Störaussendung. Mit Vorgabe der Kommutierungsdauer kann so ein guter Kompromiss mit hohem Wirkungsgrad und gutem EMV-Verhalten für die jeweilige Anwendung eingestellt werden.This enables the commutation duration to be regulated. As the commutation period increases, the switching power loss in the active actuators increases 5-1 and 5-2 too, which leads to a lower level of efficiency. At the same time, however, the parasitic resonant circuits of the circuit breaker arrangement 3 less excited. This in turn reduces the electromagnetic emissions. By specifying the commutation time, a good compromise with high efficiency and good EMC behavior can be set for the respective application.

Ein Verfahren zur Regelung der Kommutierungsdauer zwischen leistungselektronischen Stellgliedern mit induktiver Last ist in der Druckschrift DE 40 13 997 C2 beschrieben, bei dem die Spannung am Verbindungspunkt zwischen zwei als Halbbrücke geschaltete Leistungsschalter abgenommen und der Steuerstrom zur Ansteuerung der Leistungsschalter in Abhängigkeit von einer Vergleichsspannung gesteuert wird. Das Verfahren ermöglicht das Einstellen einer längeren Kommutierungsdauer, um so ein sicheres Umschalten zwischen aktiv geschaltetem Leistungsschalter und passivem Freilaufelement zu ermöglichen. Ein Problem besteht jedoch darin, dass Spannungen während der Kommutierung in den parasitären Induktivitäten des Aufbaus induziert werden. Die Spannungen sorgen für eine Verfälschung der gemessenen Spannung und damit zu einem unerwünschten Verhalten des Verfahrens. Weiterhin wird durch die Signalverzögerungen der Ansteuerschaltung die Reaktion auf den aktuellen Zustand der Leistungsschalteranordnung zu spät an die Leistungsschalter übermittelt. Die gleichen Probleme treten auch in den Verfahren, die in den Druckschriften DE 102 61 433 B3 und DE 102 17 611 B4 beschrieben sind, auf.A method for regulating the commutation time between power electronic actuators with inductive load is in the publication DE 40 13 997 C2 described, in which the voltage at the connection point between two circuit breakers connected as a half bridge is removed and the control current for driving the circuit breakers is controlled as a function of a comparison voltage. The The method enables a longer commutation period to be set in order to enable safe switching between an actively switched circuit breaker and a passive freewheeling element. One problem, however, is that voltages are induced in the parasitic inductances of the structure during commutation. The voltages falsify the measured voltage and thus lead to undesirable behavior of the method. Furthermore, due to the signal delays of the control circuit, the reaction to the current state of the circuit breaker arrangement is transmitted to the circuit breaker too late. The same problems also arise in the processes described in the documents DE 102 61 433 B3 and DE 102 17 611 B4 are described on.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern einer Leistungsendstufe mit einem Schalter, einer Freilaufdiode und einer induktiven Last sind in der Druckschrift DE 198 55 604 C1 beschrieben. Zur Generierung der Ansteuersequenz wird dort ein Automat genutzt, der durch externe Ergebnisse während des aktiven Schaltvorgangs (z.B. Überschreiten eines Stromschwellwerts Is, Unterschreiten eines Spannungsschwellwertes Vs usw.) weitergeschaltet wird. Der Leistungsschalter wird zum EMI-verträglichen Aufsteuern mit großem Laststrom geladen, bis der Drainstrom einen Stromschwellwert übersteigt, anschließend mit einem der gewünschten Anstiegsgeschwindigkeit zugeordneten, kleineren Ladestrom weiter geladen wird bis die Drainspannung einen vorgegebenen Spannungsschwellwert unterschreitet, und danach für eine vorgegebene Dauer mit dem großen Ladestrom weiter geladen zugesteuert wird in nahezu umgekehrter Reihenfolge.A method and a device for controlling a power output stage with a switch, a freewheeling diode and an inductive load are described in the publication DE 198 55 604 C1 described. To generate the control sequence, an automat is used there, which is switched on by external results during the active switching process (e.g. exceeding a current threshold value Is, falling below a voltage threshold value Vs, etc.). The circuit breaker is charged with a high load current for EMI-compatible activation until the drain current exceeds a current threshold value, then charged with a lower charging current assigned to the desired rate of increase until the drain voltage falls below a specified voltage threshold value, and then for a specified duration with the large one Charging current charged further is controlled in almost the reverse order.

Das Verfahren erscheint als geeignet für Anordnungen mit einem Leistungsschalter zu sein.The method appears to be suitable for arrangements with a circuit breaker.

Ein Problem besteht darin, dass bedingt durch die Laufzeiten in der Detektion Regelfehler entstehen, die zu nichtoptimalem Schaltverhalten führen. Das Verfahren ist nur für Leistungsendstufen mit einem Schalter anwendbar. Eine Erweiterung auf eine Halbbrücke ist bei diesem Verfahren nicht möglich, da hierzu noch zusätzlich die Freilaufrichtung zu bestimmen ist und für den aktiven Pfad und den nichtaktiven Pfad unterschiedliche Ansteuersignalfolgen zu generieren sind.One problem is that due to the delay times in the detection, control errors arise that lead to non-optimal switching behavior. The method can only be used for power output stages with a switch. An extension to a half-bridge is not possible with this method, since for this purpose the freewheeling direction must also be determined and different control signal sequences must be generated for the active path and the non-active path.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Kommutierungsgeschwindigkeit zwischen in Reihe geschalteten leistungselektronischen Stellgliedern mit induktiver Last anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass eine Verbesserung des EMV-Verhaltens bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad der an die Vorrichtung angeschlossenen Leistungsschalteranordnung durch eine Vermeidung von Anregungen der parasitären Reihenschwingkreise erreicht wird.The invention is based on the object of specifying a method and a device for regulating the commutation speed between series-connected power electronic actuators with inductive load, which are suitably designed so that an improvement in the EMC behavior with high efficiency of the circuit breaker arrangement connected to the device at the same time is achieved by avoiding excitations of the parasitic series resonant circuits.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 23 gelöst.The object of the invention is achieved by the features of claims 1 and 23.

In dem Verfahren zur Regelung der Kommutierungsgeschwindigkeit zwischen in Reihe geschalteten leistungselektronischen Stellgliedern mit induktiver Last sind die Stellglieder in einer Leistungsschalteranordnung zwischen einem positiven Versorgungspotenzial und einem Bezugspotenzial angeordnet, von denen mindestens ein Stellglied aktiv ein- und ausgeschaltet wird und über Steuersignalleitungen mit einer Ansteuerschaltung, die eine zentrale Steuerschaltung mit darin befindlichen Teilschaltungen enthält, verbunden ist, wobei der Ansteuerschaltung eine übergeordnete Programmier- und Steuereinheit vorgeschaltet ist, wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 die Spannung oder der Strom auf der Steuersignalleitung des aktiv schaltenden Stellgliedes während eines Schaltvorgangs in mindestens zwei Zeitintervallen variiert wird, wobei mindestens ein Zeitintervall als Parameter auf einer ersten und einer zweiten, von einer einen Regelalgorithmus der digitalen Flankenregulierung aufweisenden Teilschaltung der zentralen Steuerschaltung zu einer Hilfssignalschaltung zur Erzeugung zeitverzögerter Hilfssignale für die Ansteuerung von Treiberstufen für zugehörige Treiberteilstromquellen der Stellglieder führenden Parameterübergabeleitung in Abhängigkeit von Messsignalen auf mindestens einem Messsignalabgriff aus der Leistungsschalteranordnung und in jeder Schaltperiode eines Signals auf einer Steuervorgabeschnittstelle von der übergeordneten Programmier- und Steuereinheit um eine feste oder variable Schrittweite so adaptiv variiert und abgespeichert wird, dass nach einer endlichen Anzahl n≥1 von Schaltperioden die Kommutierungsdauer in einem festen Verhältnis zu einem zweiten vorgegebenen Zeitintervall als Parameter auf einer dritten und einer vierten, von einer ein Register für die Kommutierungsdauer-Sollwerte darstellenden Teilschaltung der zentralen Steuerschaltung zu der Hilfssignalschaltung zur Erzeugung zeitverzögerter Hilfssignale für die Ansteuerung von Treiberstufen für zugehörige Treiberteilstromquellen der Stellglieder führenden Parameterübergabeleitung steht und auch bei veränderlichen Betriebsbedingungen der Leistungsschalteranordnung in dem festen Verhältnis gehalten wird.In the method for regulating the commutation speed between series-connected power electronic actuators with inductive load, the actuators are arranged in a circuit breaker arrangement between a positive supply potential and a reference potential, of which at least one actuator is actively switched on and off and via control signal lines with a control circuit that contains a central control circuit with subcircuits located therein, the control circuit being preceded by a higher-level programming and control unit, the voltage or current on the control signal line of the actively switching actuator during a switching process in at least two time intervals according to the characterizing part of claim 1 is varied, with at least one time interval as a parameter on a first and a second, of one having a control algorithm of the digital edge regulation end sub-circuit of the central control circuit to an auxiliary signal circuit for generating time-delayed auxiliary signals for the control of driver stages for associated driver partial current sources of the actuators leading parameter transfer line depending on measurement signals on at least one measurement signal tap from the circuit breaker arrangement and in each switching period of a signal on a control input interface from the higher-level programming and Control unit is so adaptively varied and stored by a fixed or variable step size that after a finite number n≥1 of switching periods, the commutation period in a fixed ratio to a second predetermined time interval as a parameter on a third and a fourth, of a register for the Subcircuit, representing commutation duration setpoints, of the central control circuit for the auxiliary signal circuit for generating time-delayed auxiliary signals for the control of driver units fen stands for associated driver partial power sources of the actuators leading parameter transfer line and is kept in the fixed ratio even with changing operating conditions of the circuit breaker arrangement.

Die Parameter der Spannung und des Stromes auf den Steuersignalleitungen in den verschiedenen Zeitintervallen und die Dauer der konstanten Zeitintervalle auf der dritten und vierten Parameterübergabeleitung können durch die übergeordnete Programmier- und Steuereinheit vorgegeben und über die Schnittstellen in der Ansteuerschaltung abgespeichert werden.The parameters of the voltage and the current on the control signal lines in the different time intervals and the duration of the constant time intervals on the third and fourth Parameter transfer lines can be specified by the higher-level programming and control unit and stored in the control circuit via the interfaces.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die genannten Parameter fest in der Ansteuerschaltung zu implementieren.Another possibility is to permanently implement the parameters mentioned in the control circuit.

Durch eine Auswertung der zur Ansteuerschaltung zurückgeführten Messsignale auf den Messsignalabgriffen wird der aktuelle Zustand der Leistungsschalteranordnung derart bestimmt, dass das im nächsten Schaltvorgang die Kommutierung bestimmende, aktive Stellglied ausgewählt und gesteuert wird.By evaluating the measurement signals fed back to the control circuit on the measurement signal taps, the current state of the circuit breaker arrangement is determined in such a way that the active actuator determining the commutation in the next switching process is selected and controlled.

Die aus der Leistungsschalteranordnung bestimmten Messsignale auf den Messsignalabgriffen können derart ausgebildet sein, dass eine Spannung proportional zur Kommutierungsgeschwindigkeit in einem der Stellglieder durch eine in Reihe zu den Stellgliedern geschalteten Messinduktivität induziert wird.The measurement signals determined from the circuit breaker arrangement on the measurement signal taps can be designed in such a way that a voltage proportional to the commutation speed is induced in one of the actuators by a measuring inductance connected in series with the actuators.

Die in der Messinduktivität induzierte Spannung wird durch die Ansteuerschaltung ausgewertet, der aktuelle Zustand der Leistungsschalteranordnung bestimmt und gespeichert und steht über den Zustandsregisterausgang für nachgeschaltete Schaltungsteile der Ansteuerschaltung zur Verfügung.The voltage induced in the measuring inductance is evaluated by the control circuit, the current state of the circuit breaker arrangement is determined and stored and is available for downstream circuit parts of the control circuit via the status register output.

Die aus der Leistungsschalteranordnung bestimmten Messsignale auf den Messsignalabgriffen können des Weiteren auch derart ausgebildet sein, dass die Spannungen an den Steuersignalleitungen und am Lastanschluss der Leistungsschalteranordnung gemessen werden.The measurement signals determined from the circuit breaker arrangement on the measurement signal taps can furthermore also be designed in such a way that the voltages on the control signal lines and on the load connection of the circuit breaker arrangement are measured.

Die gemessene Spannung auf dem Messsignalabgriff am Lastanschluss kann durch Korrekturfaktoren derart beeinflusst werden, dass trotz einer Spannungsverfälschung der gemessenen Spannung infolge einer Kommutierung zwischen den leistungselektronischen Stellgliedern, der Zustand auf der Zustandsregisterausgangsleitung der dritten Teilschaltung dem tatsächlichen Zustand der Leistungsschalteranordnung entspricht.The measured voltage on the measurement signal tap at the load connection can be influenced by correction factors in such a way that despite a voltage corruption of the measured voltage as a result of commutation between the power electronic actuators, the state on the state register output line of the third subcircuit corresponds to the actual state of the circuit breaker arrangement.

Die aus der Leistungsschalteranordnung bestimmten Messsignale auf den Messsignalabgriffen werden in der Ansteuerschaltung ausgewertet und stehen auf den Zustandsregisterausgangsleitungen für nachgeschaltete Schaltungsteile zur Verfügung.The measurement signals determined from the circuit breaker arrangement on the measurement signal taps are evaluated in the control circuit and are available on the status register output lines for downstream circuit parts.

In der Vorrichtung zur Regelung der Kommutierungsgeschwindigkeit zwischen in Reihe geschalteten leistungselektronischen Stellgliedern mit induktiver Last sind die Stellglieder in einer Leistungsschalteranordnung zwischen einem positiven Versorgungspotenzial und einem Bezugspotenzial angeordnet, von denen mindestens ein Stellglied aktiv ein- und ausgeschaltet wird und über Steuersignalleitungen mit einer Ansteuerschaltung, die eine zentrale Steuerschaltung mit darin befindlichen Teilschaltungen enthält, verbunden ist, wobei der Ansteuerschaltung eine übergeordnete Programmier- und Steuereinheit vorgeschaltet ist, betrieben nach dem vorgenannten Verfahren, wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 23 mindestens ein aktiv schaltendes Stellglied durch die Steuersignalleitungen mit einer Ansteuerschaltung verbunden ist und durch mindestens einen Messsignalabgriff Messgrößen von der Leistungsschalteranordnung aufnimmt und Ansteuersequenzen für die aktiv schaltenden Stellglieder über Steuersignalleitungen in Abhängigkeit vom Signal auf der Steuervorgabeschnittstelle und Programmierschnittstellen einer übergeordneten Programmier- und Steuereinheit erzeugt, wobei die Ansteuerschaltung folgende Baugruppen enthält:

  • - eine Mess- und Bewertungsschaltung, welche Verbindungen zu den Messsignalabgriffen und zum Signal auf der Steuervorgabeschnittstelle besitzt und über Zustandserfassungsleitungen Signale an die zentrale Steuerschaltung überträgt, welche in Verbindung zum Beginn und zum Ende der Kommutierung stehen,
  • - die zentrale Steuerschaltung, welche mit der Mess- und Bewertungsschaltung über Zustandserfassungsleitungen verbunden ist und durch mindestens eine Signalleitung über die Steuervorgabeschnittstelle und durch mindestens eine Signalleitung zur Vorgabe von Zeitparametern auf der ersten Programmierschnittstelle mit der übergeordneten Programmier- und Steuereinheit in Verbindung steht,
  • - eine Hilfssignalschaltung, welche mit der zentralen Steuerschaltung durch Zustandsregisterausgangsleitungen, Parameterübergabeleitungen und Hilfssignalrückführungsleitungen in Verbindung steht und über mindestens eine Signalleitung der Steuervorgabeschnittstelle mit der übergeordneten Programmier- und Steuereinheit verbunden ist,
  • - mindestens zwei Ansteuerteilschaltungen, welche über Hilfssignalleitungen mit der Hilfssignalschaltung verbunden sind, und
  • - mindestens zwei Treiberschaltungen, welche über Treibersteuerleitungen mit den Ansteuerteilschaltungen verbunden sind und durch Signalleitungen zur Vorgabe von Treiberteilstromniveaus auf der zweiten Programmierschnittstelle mit der übergeordneten Programmier- und Steuereinheit in Verbindung stehen sowie über die Steuersignalleitungen mit der Leistungsschalteranordnung verbunden sind.
In the device for regulating the commutation speed between series-connected power electronic actuators with inductive load, the actuators are arranged in a circuit breaker arrangement between a positive supply potential and a reference potential, of which at least one actuator is actively switched on and off and via control signal lines with a control circuit that a central control circuit with subcircuits located therein, the control circuit being preceded by a higher-level programming and control unit, operated according to the aforementioned method, wherein according to the characterizing part of claim 23 at least one actively switching actuator is connected by the control signal lines to a control circuit and by means of at least one measurement signal tap, it records measured variables from the circuit breaker arrangement and exercises control sequences for the actively switching actuators r control signal lines generated depending on the signal on the control specification interface and programming interfaces of a higher-level programming and control unit, the control circuit containing the following assemblies:
  • - a measurement and evaluation circuit which has connections to the measurement signal taps and to the signal on the control input interface and transmits signals to the central control circuit via status detection lines which are connected to the start and end of the commutation,
  • the central control circuit, which is connected to the measurement and evaluation circuit via status detection lines and is connected to the higher-level programming and control unit by at least one signal line via the control input interface and by at least one signal line for specifying time parameters on the first programming interface,
  • - an auxiliary signal circuit which is connected to the central control circuit by status register output lines, parameter transfer lines and auxiliary signal return lines and is connected to the higher-level programming and control unit via at least one signal line of the control input interface,
  • - At least two control subcircuits which are connected to the auxiliary signal circuit via auxiliary signal lines, and
  • - at least two driver circuits which are connected to the control subcircuits via driver control lines and which are connected to the higher-level programming and control unit via signal lines for specifying partial driver current levels on the second programming interface and which are connected to the circuit breaker arrangement via the control signal lines.

Die zentrale Steuerschaltung besteht aus

  • - einer ersten Teilschaltung als Speicher für den Beginn und das Ende der Kommutierung,
  • - einer zweiten Teilschaltung als Speicher mit dem Regelalgorithmus der digitalen Flankenregelung,
  • - einer dritten Teilschaltung als Speicher und Kombinatorik zum Bestimmen und Speichern des aktuellen Zustandes der Leistungsschalteranordnung und
  • - einer vierten Teilschaltung als Register für die Kommutierungdauer-Sollwerte.
The central control circuit consists of
  • - a first sub-circuit as a memory for the beginning and the end of the commutation,
  • - a second sub-circuit as a memory with the control algorithm of the digital edge control,
  • - A third sub-circuit as a memory and combinatorial system for determining and storing the current state of the circuit breaker arrangement and
  • - A fourth sub-circuit as a register for the commutation duration setpoints.

Weiterbildungen und spezielle Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.Further developments and special configurations of the invention are specified in further subclaims.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels mit Messung von Beginn und Ende der Kommutierung mittels der induzierten Spannung über der Induktivität in einem der Kommutierungspfade mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail using an exemplary embodiment with measurement of the beginning and end of the commutation by means of the induced voltage across the inductance in one of the commutation paths by means of several drawings.

Es zeigen:

  • 1 ein stark vereinfachtes Blockschaltbild eines Gesamtsystems mit Erfassung und Rückkopplung des aktuellen Zustandes der Leistungsschalteranordnung nach dem Stand der Technik,
  • 2 ein Blockschaltbild einer Ansteuerschaltung 2 mit einer übergeordneten Programmier- und Steuereinheit 1, das in zwei Blockschaltteilbilder unterteilt ist, wobei
    • 2a ein Blockschaltteilbild einer Mess- und Bewertungsschaltung 2-2 und eine zentrale Steuerschaltung 2-1 mit zugehörigen Teilschaltungen 2-1a, 2-1b, 2-1c, 2-1d und
    • 2b ein Blockschaltteilbild einer Hilfssignalschaltung 2-3, Ansteuerteilschaltungen 2-4 und 2-5 zur Erzeugung von Treibersteuersignalen und einer ersten und zweiten Treiberschaltung 2-6 und 2-7 in Form von Treiberstufen, die an die zentrale Steuerschaltung 2-1 nach 2a anschließbar sind,
  • 3 eine als MOSFET-Halbbrücke ausgebildete Leistungsschalteranordnung 3 mit als MOSFET-Leistungsschalter ausgebildeten aktiv schaltenden Stellgliedern 5-1, 5-2 und als Dioden ausgebildeten passiv schaltenden Stellgliedern 6-1, 6-2 mit parasitären Induktivitäten, die an die Treiberschaltungen 2-6 und 2-7 nach 2b anschließbar ist,
  • 4 eine schematische Darstellung der Signalverläufe eines ersten aktiv schaltenden Stellglieds 5-1 in Form eines MOSFET-Leistungsschalters nach 3 während eines aktiven Einschaltvorgangs und eines aktiven Ausschaltvorgangs,
  • 5 mehrere Diagramme zum aktiven Einschaltvorgang des ersten Leistungsschalters 5-1 nach 2 und 3, wobei
    • 5a ein Signal auf der Steuervorgabeschnittstelle 18, einen aktuellen Zustand der Halbbrücke 3 auf der Zustandsregisterausgangsleitung 12,
    • 5b die rückgeführte Spannung der Messinduktivität 9 auf dem Messsignalabgriff 10-1,
    • 5c die Spannung der Steuersignalleitungen 7-1, 7-2 für die Leistungsschatter 5-1 und 5-2 sowie die Spannung am Lastanschluss 8 der Halbbrücke 3 und
    • 5d den Strom durch die Leistungsschalter 5-1 und 5-2 sowie durch die zweite Freilaufdiode 6-2 zeigen,
  • 6 mehrere Diagramme zum aktiven Ausschaltvorgang des ersten Leistungsschalters 5-1 nach den 2 und 3, wobei
    • 6a ein Signal auf der Steuervorgabeschnittstelle 18, einen aktuellen Zustand der Halbbrücke 3 auf der Zustandsregisterausgangsleitung 12,
    • 6b die rückgeführte Spannung der Messinduktivität 9 auf dem Messsignalabgriff 10-1,
    • 6c die Spannung der Steuersignalleitungen 7-1, 7-2 für die Leistungsschalter 5-1 und 5-2 sowie die Spannung am Lastanschluss 8 der Halbbrücke 3 und
    • 6d den Strom durch die Leistungsschalter 5-1 und 5-2 sowie durch die zweite Freilaufdiode 6-2 zeigen,
  • 7 mehrere Diagramme für den Ausregelvorgang zur digitalen Regelung der Kommutierungsgeschwindigkeit, wobei
    • 7a das Signal auf der Steuervorgabeschnittstelle 18,
    • 7b die Spannung am Lastanschluss 8 der Halbbrücke 3
    • 7c den Strom durch den ersten Leistungsschalter 5-1 und
    • 7d die variablen Zeitparameter auf den Parameterübergabeleitungen 13-1 und 13-2 zeigen,
  • 8a ein allgemeines Blockschaltbild des Gesamtsystems unter Nutzung einer Messinduktivität 9 und
  • 8b ein allgemeines Blockschaltbild des Gesamtsystems unter Nutzung mehrerer Messsignalabgriffe zur Messung von Spannungen der Leistungsschalteranordnung 3.
Show it:
  • 1 a greatly simplified block diagram of an overall system with detection and feedback of the current state of the circuit breaker arrangement according to the prior art,
  • 2 a block diagram of a control circuit 2 with a higher-level programming and control unit 1 , which is divided into two block circuit diagrams, where
    • 2a a partial block diagram of a measurement and evaluation circuit 2-2 and a central control circuit 2-1 with associated sub-circuits 2-1a , 2-1b , 2-1c , 2-1d and
    • 2 B a partial block diagram of an auxiliary signal circuit 2-3 , Control subcircuits 2-4 and 2-5 for generating driver control signals and a first and second driver circuit 2-6 and 2-7 in the form of driver stages that are sent to the central control circuit 2-1 to 2a are connectable,
  • 3 a power switch arrangement designed as a MOSFET half-bridge 3 with actively switching actuators designed as MOSFET power switches 5-1 , 5-2 and passively switching actuators designed as diodes 6-1 , 6-2 with parasitic inductances affecting the driver circuits 2-6 and 2-7 to 2 B is connectable,
  • 4th a schematic representation of the signal curves of a first actively switching actuator 5-1 in the form of a MOSFET power switch 3 during an active switch-on process and an active switch-off process,
  • 5 several diagrams for the active closing process of the first circuit breaker 5-1 to 2 and 3 , in which
    • 5a a signal on the control specification interface 18th , a current state of the half bridge 3 on the status register output line 12th ,
    • 5b the returned voltage of the measuring inductance 9 on the measurement signal tap 10-1 ,
    • 5c the voltage of the control signal lines 7-1 , 7-2 for the power switch 5-1 and 5-2 as well as the voltage at the load connection 8th the half bridge 3 and
    • 5d the current through the circuit breaker 5-1 and 5-2 as well as by the second freewheeling diode 6-2 demonstrate,
  • 6th several diagrams for the active opening process of the first circuit breaker 5-1 after the 2 and 3 , in which
    • 6a a signal on the control specification interface 18th , a current state of the half bridge 3 on the status register output line 12th ,
    • 6b the returned voltage of the measuring inductance 9 on the measurement signal tap 10-1 ,
    • 6c the voltage of the control signal lines 7-1 , 7-2 for the circuit breakers 5-1 and 5-2 as well as the voltage at the load connection 8th the half bridge 3 and
    • 6d the current through the circuit breaker 5-1 and 5-2 as well as by the second freewheeling diode 6-2 demonstrate,
  • 7th several diagrams for the compensation process for digital control of the commutation speed, whereby
    • 7a the signal on the control specification interface 18th ,
    • 7b the voltage at the load connection 8th the half bridge 3
    • 7c the current through the first circuit breaker 5-1 and
    • 7d the variable time parameters on the parameter transfer lines 13-1 and 13-2 demonstrate,
  • 8a a general block diagram of the overall system using a measuring inductance 9 and
  • 8b a general block diagram of the overall system using several measurement signal taps to measure voltages in the circuit breaker arrangement 3 .

Im Folgenden werden die 2a, 2b und 3 gemeinsam betrachtet Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand einer als MOSFET-Halbbrücke ausgebildeten Leitungsschalteranordnung 3 mit induktiver Last 4 nach 3 erläutert. Die MOSFET M1, M2 beinhalten neben den aktiv schaltenden Stellgliedem 5-1 und 5-2 in Form von MOSFET-Leistungsschaltern prinzipbedingt jeweils ein passiv schaltendes Stellglied 6-1 und 6-2 in Form von Dioden. Des Weiteren besitzt ein realer Aufbau immer eine Reihe unvermeidbarer parasitärer Induktivitäten LD, LS, LPCB1, LPCB2. Diese sind auf Induktivitäten der Leiterbahnen, der Leistungs-FET-Anschlüsse und der Bonddrähte zurückzuführen.The following are the 2a , 2 B and 3 Considered together The method according to the invention is based on a line switch arrangement designed as a MOSFET half-bridge 3 with inductive load 4th to 3 explained. The MOSFET M1 , M2 contain in addition to the actively switching actuators 5-1 and 5-2 In the form of MOSFET circuit breakers, one passively switching actuator in each case, due to the principle involved 6-1 and 6-2 in the form of diodes. Furthermore, a real structure always has a number of unavoidable parasitic inductances L D , L S , L PCB1 , L PCB2 . These are due to the inductance of the conductor tracks, the power FET connections and the bond wires.

Zur Messung von Beginn und Ende der Kommutierung wird als Messinduktivität 9 eine vorgegebene Leitungsinduktivität oder eine Induktivität als konzentriertes Bauelement in Reihe zu den Leistungsschaltern 5-1 und 5-2 eingesetzt. In 3 ist die bevorzugte Ausführungsvariante für die Messung gegen Bezugspotenzial GND dargestellt. Über einen Messsignalabgriff 10-1 kann die induzierte Spannung von der Ansteuerschaltung 2 gemessen und bewertet werden.The measurement inductance is used to measure the start and end of commutation 9 a specified line inductance or an inductance as a concentrated component in series with the circuit breakers 5-1 and 5-2 used. In 3 the preferred variant for measurement against reference potential GND is shown. Via a measurement signal tap 10-1 can be the induced voltage from the control circuit 2 be measured and assessed.

Über der Messinduktivität 9 fällt so proportional zur Änderungsgeschwindigkeit des Stromes durch den zweiten Leistungsschalter 5-2 oder durch die zweite Diode 6-2 eine Spannung ab, welche in der Ansteuerschaltung 2 entsprechend 2a und 2b ausgewertet und zur Ansteuerung der Leistungsschalter 5-1 und 5-2 genutzt werden kann. Die Messinduktivität 9 wird dabei so dimensioniert, dass eine Stromänderung infolge einer Kommutierung für eine auswertbare induzierte Spannung am Messsignalabgriff 10-1 sorgt. Es entsteht somit bei jedem Schaltvorgang, bei dem eine Kommutierung stattfindet, ein Spannungsimpuls am Messsignalabgriff 10-1 mit unterschiedlicher Polarität.Above the measuring inductance 9 thus falls proportionally to the rate of change of the current through the second circuit breaker 5-2 or through the second diode 6-2 a voltage which is in the control circuit 2 corresponding 2a and 2 B evaluated and for controlling the circuit breaker 5-1 and 5-2 can be used. The measuring inductance 9 is dimensioned in such a way that a current change as a result of commutation for an evaluable induced voltage at the measurement signal tap 10-1 cares. With every switching process in which commutation takes place, a voltage pulse is generated at the measurement signal tap 10-1 with different polarity.

Anhand der Polarität des induzierten Spannungsimpulses und der Kenntnis über den Zustand des Signals auf der Steuervorgabeschnittstelle 18 der übergeordneten Programmier- und Steuereinheit 1 kann die aktuelle Laststromrichtung i8 am Lastanschluss 8 der Leistungsschalteranordnung 3 und damit der aktuelle Steuer- und Freilaufpfad bestimmt werden.Based on the polarity of the induced voltage pulse and knowledge of the status of the signal on the control input interface 18th the higher-level programming and control unit 1 can determine the current load current direction i 8 at the load connection 8th the circuit breaker arrangement 3 and thus the current control and freewheeling path can be determined.

Mit Steuerpfad wird dabei der Strompfad bezeichnet, welcher beim Einschalten des entsprechenden Leistungsschalters für einen Abfall der Versorgungsspannung VS über der induktiven Last 4 sorgt. Als Freilaufpfad wird der Strompfad bezeichnet, welcher die beiden Lastanschlüsse kurzschließt. In dem in 3 dargestellten Leistungsschalteranordnung 3 sind immer der erste Leistungsschalter 5-1 im Steuerpfad und der zweite Leistungsschalter 5-2 bzw. die zweite Diode 6-2 im Freilaufpfad.The control path denotes the current path which, when the corresponding circuit breaker is switched on, causes the supply voltage to drop VS across the inductive load 4th cares. The current path that short-circuits the two load connections is referred to as the free-wheeling path. In the in 3 circuit breaker arrangement shown 3 are always the first circuit breaker 5-1 in the control path and the second circuit breaker 5-2 or the second diode 6-2 in the freewheeling path.

In der Tabelle 1 sind dazu die vier möglichen Kommutierungsvorgänge für die in 3 dargestellte Leistungsschalteranordnung 3 aufgeführt. Tabelle 1: Detektierbare Zustände der Leistungsschalteranordnung 3 während eines Schaltvorgangs Kommutierung des Laststromes nach dem Signal auf der Steuervorgabeschnittstelle 18 Polarität der am Messsignalabgriff 10-1 induzierten Spannung Aktueller Zustand der Leistungsschalteranordnung Vom Nach zweiten Leistungsschalter 5-2 erstem Leistungsschalter 5-1 positiv - ∂i9/∂t positiv - i9 negativ - 5-1 im Steuerpfad - 5-2 und 6-2 im Freilaufpfad - i8 positiv zweiten Leistungsschalter 5-2 erstem Leistungsschalter 5-1 negativ - ∂i9/∂t negativ - i9 positiv - 5-2 im Steuerpfad - 5-1 und 6-1 im Freilaufpfad - i8 negativ ersten Leistungsschalter 5-1 zweitem Leistungsschalter 5-2 positiv - ∂i9/∂t positiv - i9 positiv - 5-2 im Steuerpfad - 5-1 und 6-1 im Freilaufpfad - i8 negativ ersten Leistungsschalter 5-1 zweitem Leistungsschalter 5-2 negativ - ∂i9/∂t negativ - i9 negativ - 5-1 im Steuerpfad, - 5-2 und 6-2 im Freilaufpfad - i8 positiv X X - keine Detektion des Kommutierungsvorgangs - induzierte Spannung zu niedrig - Regelung der Kommutierungsdauer wird deaktiviert Table 1 shows the four possible commutation processes for the in 3 Circuit breaker arrangement shown 3 listed. Table 1: Detectable states of the circuit breaker arrangement 3 during a switching process Commutation of the load current according to the signal on the control input interface 18 Polarity of the voltage induced at the measuring signal tap 10-1 Current state of the circuit breaker arrangement From To second circuit breaker 5-2 first circuit breaker 5-1 positive - ∂i 9 / ∂t positive - i 9 negative - 5-1 in the control path - 5-2 and 6-2 in the free- running path - i 8 positive second circuit breaker 5-2 first circuit breaker 5-1 negative - ∂i 9 / ∂t negative - i 9 positive - 5-2 in the control path - 5-1 and 6-1 in the free-wheeling path - i 8 negative first circuit breaker 5-1 second circuit breaker 5-2 positive - ∂i 9 / ∂t positive - i 9 positive - 5-2 in the control path - 5-1 and 6-1 in the free-wheeling path - i 8 negative first circuit breaker 5-1 second circuit breaker 5-2 negative - ∂i 9 / ∂t negative - i 9 negative - 5-1 in the control path, - 5-2 and 6-2 in the free-wheeling path - i 8 positive X X - no detection of the commutation process - induced voltage too low - regulation of the commutation time is deactivated

Die Detektion des aktuellen Steuerpfades ist insofern wesentlich, da nur im Falle eines aktiven Schaltens des Steuerpfades eine Regelung der Kommutierungsdauer notwendig ist. Wird der Freilaufpfad aktiv geschaltet, so findet die Kommutierung innerhalb eines Leistungsschalters zwischen der zweiten Diode 6-2 und dem Kanal des zweiten Leistungsschalters 5-2 statt und verursacht keine Anregung parasitärer Schwingkreise. Die Kommutierung kann in diesem Fall beliebig schnell ablaufen und induziert auch keine Spannung über der Messinduktivität 9.The detection of the current control path is essential to the extent that it is only necessary to regulate the commutation duration in the case of an active switching of the control path. If the freewheeling path is switched to active, the commutation takes place within a circuit breaker between the second diode 6-2 and the channel of the second circuit breaker 5-2 instead of and does not cause any excitation of parasitic oscillating circuits. In this case, the commutation can take place as quickly as desired and also does not induce any voltage across the measuring inductance 9 .

In 2, 2a und 2b ist jeweils ein Blockschaltteilbild mit der Ansteuerschaltung 2 für eine als MOSFET-Halbbrücke ausgebildete Leistungsschalteranordnung 3 dargestellt.In 2 , 2a and 2 B is a partial block diagram with the control circuit 2 for a power switch arrangement designed as a MOSFET half-bridge 3 shown.

Die Mess- und Bewertungsschaltung 2-2 weist zwei Komparatoren auf, von denen aus jeweils eine Zustandserfassungsleitung 11-1, 11-2 zur zentralen Steuerschaltung 2-1 geführt ist.The measurement and evaluation circuit 2-2 has two comparators, each of which has a state detection line 11-1 , 11-2 to the central control circuit 2-1 is led.

Die zentrale Steuerschaltung 2-1 besteht aus

  • - einer ersten Teilschaltung 2-1a als Speicher für den Beginn und das Ende der Kommutierung,
  • - einer zweiten Teilschaltung 2-1b als Speicher mit dem Regelalgorithmus der digitalen Flankenregelung,
  • - einer dritten Teilschaltung 2-1c als Speicher und Kombinatorik zum Bestimmen und Speichern des aktuellen Zustandes der Leistungsschalteranordnung und
  • - einer vierten Teilschaltung 2-1d als Register für die Kommutierungdauer-Sollwerte.
The central control circuit 2-1 consists
  • - a first partial circuit 2-1a as a memory for the beginning and the end of commutation,
  • - a second sub-circuit 2-1b as a memory with the control algorithm of the digital edge control,
  • - a third sub-circuit 2-1c as a memory and combinatorial system for determining and storing the current state of the circuit breaker arrangement and
  • - a fourth sub-circuit 2-1d as a register for the commutation duration setpoints.

Die Hilfssignalschaltung 2-3 zur Erzeugung zeitverzögerter Hilfssignale für die Ansteuerung der nachgeordneten ersten und zweiten Ansteuerteilschaltung 2-4, 2-5 enthält folgende Baugruppen:

  • - eine Vielzahl von Multiplexern,
  • - in einer Kette geschaltete Verzögerungsglieder sowie
  • - einen Demultiplexer, der eingangsseitig mit den Multiplexern in Verbindung steht und von dem aus ausgangsseitig Hilfssignalleitungen 15-1, 15-2 an die Ansteuerteilschaltungen 2-4, 2-5 geführt sind.
The auxiliary signal circuit 2-3 for generating time-delayed auxiliary signals for the control of the downstream first and second control subcircuit 2-4 , 2-5 contains the following assemblies:
  • - a variety of multiplexers,
  • - delay elements connected in a chain as well as
  • - A demultiplexer which is connected on the input side to the multiplexers and from which auxiliary signal lines on the output side 15-1 , 15-2 to the control subcircuits 2-4 , 2-5 are led.

Die beiden Ansteuerteilschaltungen 2-4, 2-5 dienen zur Umcodierung und Pegelwandlung der Hilfssignale für die Treiberstufen und besitzen ausgangsseitig Treibersteuerleitungen 16-1a, 16-1b; 16-2a, 16-2b; 16-3a, 16-3b; 16-4a, 16-4b für die erste und zweite Treiberschaltung 2-6, 2-7.The two control subcircuits 2-4 , 2-5 are used for recoding and level conversion of the auxiliary signals for the driver stages and have driver control lines on the output side 16-1a , 16-1b ; 16-2a , 16-2b ; 16-3a , 16-3b ; 16-4a , 16-4b for the first and second driver circuit 2-6 , 2-7 .

Jeweils eine Treiberschaltung 2-6, 2-7 enthält vier Treiberteilstromquellen 17-1a, 17-1b, 17-2a, 17-2b; 17-3a, 17-3b, 17-4a, 17-4b, an die Treibersteuerleitungen 16-1a, 16-1b; 16-2a, 16-2b; 16-3a, 16-3b; 16-4a, 16-4b geführt sind, wobei von den Treiberschaltungen 2-6, 2-7 ausgangsseitig jeweils eine Steuersignalleitung 7-1, 7-2 an die Leistungsschalter 5-1, 5-2 geführt ist.One driver circuit each 2-6 , 2-7 contains four driver sub-power sources 17-1a , 17-1b , 17-2a , 17-2b ; 17-3a , 17-3b , 17-4a , 17-4b , to the driver control lines 16-1a , 16-1b ; 16-2a , 16-2b ; 16-3a , 16-3b ; 16-4a , 16-4b are performed, from the driver circuits 2-6 , 2-7 one control signal line on the output side 7-1 , 7-2 to the circuit breakers 5-1 , 5-2 is led.

Von der übergeordneten Programmier- und Steuereinheit 1 sind ein Signal auf der Steuervorgabeschnittstelle 18 an die erste Teilschaltung 2-1a und an die Hilfssignalschaltung 2-3, eine erste Programmierschnittstelle 19 an die vierte Teilschaltung 2-1d und eine zweite Programmierschnittstelle 20 an die Treiberschaltungen 2-6, 2-7 geführt.From the higher-level programming and control unit 1 are a signal on the control specification interface 18th to the first subcircuit 2-1a and to the auxiliary signal circuit 2-3 , a first programming interface 19th to the fourth subcircuit 2-1d and a second programming interface 20th to the driver circuits 2-6 , 2-7 guided.

Die in der Messinduktivität 9 induzierte Spannung u10-1 wird in der Mess- und Bewertungsschaltung 2-2 mit zwei Referenzpotenzialen +Vref und -Vref verglichen. Damit wird die Polarität der induzierten Spannung u10-1 festgestellt. Die notwendigen Komparatoren können dabei mit niedrigen Verzögerungszeiten realisiert werden, da sie im gewählten Ausführungsbeispiel nahezu keine Gleichtaktauslenkung erfahren.The one in the measuring inductance 9 induced voltage u 10-1 is used in the measurement and evaluation circuit 2-2 with two reference potentials + Vref and -Vref compared. This becomes the polarity of the induced voltage u 10-1 detected. The necessary comparators can be implemented with short delay times, since in the selected exemplary embodiment they experience almost no common-mode deflection.

In der ersten, in der zentralen Steuerschaltung 2-1 befindlichen Teilschaltung 2-1a als Speicher für Beginn und Ende der Kommutierung wird die erste positive und erste negative Flanke des Ausgangssignals auf den Zustandserfassungsleitungen 11-1, 11-2 nach einem Wechsel des Signals auf der Steuervorgabeschnittstelle 18 gespeichert. Die Flankenauswertung verhindert damit eine Fehlinterpretation zeitlich folgender Spannungsimpulse am ersten Messsignalabgriff 10-1 infolge möglicher Störungen am Ende des Kommutierungsvorgangs.In the first, in the central control circuit 2-1 located partial circuit 2-1a The first positive and first negative flank of the output signal is used as a memory for the beginning and end of the commutation on the status detection lines 11-1 , 11-2 after a change in the signal on the control input interface 18th saved. The edge evaluation thus prevents a misinterpretation of subsequent voltage pulses at the first measurement signal tap 10-1 as a result of possible disturbances at the end of the commutation process.

In der zweiten Teilschaltung 2-1b ist der Regelalgorithmus der digitalen Flankenregelung für die Zeitparameter auf den ersten beiden Parameterübergabeleitungen 13-1 und 13-2 implementiert. Die Zeitparameter werden für den jeweils aktuellen Steuerpfad über mehrere Perioden des Signals auf der Steuervorgabeschnittstelle 18 derart adaptiert, dass das gemessene Kommutierungsende als Istwert entsprechend dem Signal auf der ersten oder zweiten Zustandserfassungsleitung 11-1, 11-2 mit dem vorgegebenen Kommutierungsende als Sollwert entsprechend dem Signal auf der ersten Hilfssignalrückführungsleitung 14-1 für den Einschaltvorgang und dem Signal auf der zweiten Hilfssignalrückführungsleitung 14-2 für den Ausschaltvorgang in zeitliche Übereinstimmung gebracht werden.In the second subcircuit 2-1b is the control algorithm of the digital edge control for the time parameters on the first two parameter transfer lines 13-1 and 13-2 implemented. The time parameters are for the current control path over several periods of the signal on the control input interface 18th adapted in such a way that the measured end of commutation is the actual value corresponding to the signal on the first or second state detection line 11-1 , 11-2 with the specified end of commutation as the setpoint corresponding to the signal on the first auxiliary signal feedback line 14-1 for the switch-on process and the signal on the second auxiliary signal feedback line 14-2 be brought into time correspondence for the switch-off process.

Mithilfe der dritten Teilschaltung 2-1c als Speicher und Kombinatorik zum Bestimmen und Speichern des aktuellen Halbbrückenzustandes werden der Anfang und das Ende der Kommutierung sowie die Polarität der induzierten Spannung ausgewertet und der Zustand der Halbbrücke 3 auf der Zustandsregisterausgangsleitung 12 ausgegeben und bis zum nächsten Schaltereignis gespeichert.With the help of the third subcircuit 2-1c The beginning and the end of the commutation as well as the polarity of the induced voltage and the state of the half-bridge are evaluated as memory and combinatorics for determining and storing the current half-bridge status 3 on the status register output line 12th output and saved until the next switching event.

Die Parameter auf den ersten beiden Parameterübergabeleitungen 13-1 und 13-2 werden bei jedem Schaltvorgang um eine vorgegebene Schrittweite vergrößert bzw. verkleinert. Der neu eingestellte Wert wird dann mit dem nächsten Schaltereignis wirksam.The parameters on the first two parameter transfer lines 13-1 and 13-2 are increased or decreased by a specified step size with each switching process. The newly set value will then take effect with the next switching event.

In der vierten Teilschaltung 2-1d als Register für die Kommutierungsdauer-Sollwerte werden die Sollwerte für die Kommutierungsdauer für die dritte und vierte Parameterübergabeleitung 13-3 und 13-4 abgelegt. Die Sollwerte werden durch die übergeordnete Programmier- und Steuereinheit 1 über die erste Programmierschnittstelle 19 übergeben.In the fourth subcircuit 2-1d The setpoints for the commutation duration for the third and fourth parameter transfer line are used as registers for the commutation duration setpoints 13-3 and 13-4 filed. The setpoints are set by the higher-level programming and control unit 1 via the first programming interface 19th to hand over.

In der Hilfssignalschaltung 2-3 als Zeitsteuereinheit werden mittels Multiplexer Hilfssteuersignale aus einer Kette mit Verzögerungsgliedern ausgewählt, die gegenüber dem Signal auf der Steuervorgabeschnittstelle 18 zeitverzögert sind. Die Multiplexer werden dabei entsprechend den Parametern auf den Parameterübergabeleitungen 13-1 bis 13-4 gesteuert.In the auxiliary signal circuit 2-3 As a time control unit, auxiliary control signals are selected from a chain with delay elements by means of a multiplexer, which are opposite to the signal on the control input interface 18th are delayed. The multiplexers are in accordance with the parameters on the parameter transfer lines 13-1 to 13-4 controlled.

Ein nachgeschalteter Demultiplexer wählt die Hilfssteuersignale dann entsprechend dem aktuellen Halbbrückenzustand auf der Zustandsregisterausgangsleitung 12 aus und schaltet sie über die erste und zweite Hilfssignalleitung 15-1, 15-2 zur ersten und zur zweiten Ansteuerteilschaltung 2-4, 2-5 weiter.A downstream demultiplexer then selects the auxiliary control signals according to the current half-bridge status on the status register output line 12th and switches them off via the first and second auxiliary signal lines 15-1 , 15-2 to the first and second control subcircuit 2-4 , 2-5 further.

Die erste Ansteuerteilschaltung 2-4 und die zweite Ansteuerteilschaltung 2-5 nehmen dann eine Umcodierung und Pegelwandlung der übergebenen Hilfssteuersignale auf den Hilfssignalleitungen 15-1 und 15-2 vor. Über die Treibersteuersignale auf den Treibersteuersignalleitungen 16-x mit 16-1a, 16-1b, 16-2a, 16-2b, 16-3a, 16-3b, 16-4a, 16-4b werden die Treiberstufen 2-6 und 2-7 aktiviert.The first control subcircuit 2-4 and the second drive subcircuit 2-5 then take a recoding and level conversion of the transferred auxiliary control signals on the auxiliary signal lines 15-1 and 15-2 in front. Via the driver control signals on the driver control signal lines 16-x With 16-1a , 16-1b , 16-2a , 16-2b , 16-3a , 16-3b , 16-4a , 16-4b become the driver stages 2-6 and 2-7 activated.

Über eine zweite Programmierschnittstelle 20 kann die Stärke der einzelnen Treiberteilstromquellen 17-x mit 17-1a, 17-1b, 17-2a, 17-2b, 17-3a, 17-3b, 17-4a, 17-4b an die angeschlossenen Leistungsschalter 5-1 und 5-2 angepasst werden.Via a second programming interface 20th can be the strength of each driver sub-power source 17-x With 17-1a , 17-1b , 17-2a , 17-2b , 17-3a , 17-3b , 17-4a , 17-4b to the connected circuit breakers 5-1 and 5-2 be adjusted.

Um eine Kontrolle der Kommutierungsdauer zu ermöglichen, sind mindestens vier Treiberteilstromquellen 17-x mit 17-1a, 17-1b, 17-2a, 17-2b oder 17-3a, 17-3b, 17-4a, 17-4b je Treiberschaltung 2-6 bzw. 2-7 notwendig. Zwei Treiberteilstromquellen 17-xa und 17-xb mit 17-1a, 17-1b; 17-2a, 17-2b; 17-3a, 17-3b; 17-4a, 17-4b sind jeweils für das Laden und Entladen des Gates der Leistungsschalter 5-1 und 5-2 notwendig, wobei sich die beiden Quellen im Stromniveau deutlich unterscheiden müssen.To enable the commutation duration to be checked, there are at least four partial driver current sources 17-x With 17-1a , 17-1b , 17-2a , 17-2b or 17-3a , 17-3b , 17-4a , 17-4b per driver circuit 2-6 or. 2-7 necessary. Two driver sub-power sources 17-xa and 17-xb With 17-1a , 17-1b ; 17-2a , 17-2b ; 17-3a , 17-3b ; 17-4a , 17-4b are the circuit breakers for charging and discharging the gate 5-1 and 5-2 necessary, whereby the two sources must differ significantly in terms of current level.

In 4 sind die prinzipiellen Signalverläufe für das aktive Einschalten und Ausschalten des ersten Leistungsschalters 5-1 entsprechend der Anordnung in 3 dargestellt.In 4th are the basic signal curves for the active switching on and off of the first circuit breaker 5-1 according to the arrangement in 3 shown.

Jeder Schaltvorgang wird in zwei Zeitintervalle unterteilt wobei die Dauer des ersten Intervalls durch die Parameter auf der ersten und der zweiten Parameterübergabeleitung 13-1, 13-2 durch den Regelalgorithmus in der zweiten Teilschaltung 2-1b bei jeder Schaltperiode des Signals auf der Steuervorgabeschnittstelle 18 variiert wird. Das zweite Zeitintervall wird durch die Parameter auf der dritten und vierten Parameterübergabeleitung 13-3, 13-4 von der übergeordneten Programmier- und Steuereinheit 1 vorgegeben und entspricht der zu erzielenden Kommutierungsdauer.Each switching process is divided into two time intervals, the duration of the first interval being determined by the parameters on the first and the second parameter transfer line 13-1 , 13-2 by the control algorithm in the second subcircuit 2-1b at each switching period of the signal on the control specification interface 18th is varied. The second time interval is determined by the parameters on the third and fourth parameter transfer lines 13-3 , 13-4 from the higher-level programming and control unit 1 specified and corresponds to the commutation time to be achieved.

In Tabelle 2 sind die einzelnen Zeitpunkte und Zeitintervalle für einen Einschaltvorgang beschrieben. Tabelle 2: Verfahrensbeschreibung anhand der prinzipiellen Signalverläufe nach Fig. 4. Zeitpunkt/ -intervall Beschreibung t0 - Zustandswechsel des Signals auf der Steuervorgabeschnittstelle 18 - Beginn des Einschaltvorgangs des ersten Leistungsschalters 5-1 durch die erste Treiberschaltung 2-6 t0-t1 - der erste Leistungsschalter 5-1 wird durch einen großen Treiber - strom i7-1 umgeladen (Treiberteilstromquelle 17-1a aktiv) - Dauer des Zeitintervalls wird durch den variablen Parameter auf der ersten Parameterübergabeleitung 13-1 vorgegeben t1 - Ende des ersten Zeitintervalls - erster Leistungsschalter 5-1 erreicht seine Schwellspannung Uth - Treiberstrom i7-1 wird auf einen deutlich kleineren Wert umgeschaltet (Treiberteilstromquelle 17-1b aktiv) - Kommutierung von zweiter Diode 6-2 auf ersten Leistungsschalter 5-1 beginnt t1 - t2 - Gate-Spannung u7-1 des ersten Leistungsschalters 5-1 wird nahezu konstant gehalten - Dauer des Zeitintervalls wird durch den Parameter auf der dritten Parameterübergabeleitung 13-3 vorgegeben - Dauer des Zeitintervalls entspricht im ausgeregelten Zustand der Kommutierungsdauer t2 - Kontrolle ob Kommutierung bereits abgeschlossen ist (Vergleich fallende Flanke des Signals auf der ersten Zustandserfassungsleitung 11-1 und steigende Flanke des Signals auf der ersten Hilfssignalrückführungsleitung 14-1) - Anpassung der Dauer des ersten Zeitintervalls durch Variation des Parameters auf der ersten Parameterübergabeleitung 13-1 - Zurückschalten auf einen großen Treiberstrom i7-1 (Treiberteilstromquelle 17-1a aktiv) t2 - t3 - Schnelles Durchschalten des ersten Leistungsschalters 5-1 zur Minimierung der Schaltverluste Table 2 describes the individual times and time intervals for a switch-on process. Table 2: Description of the method based on the basic signal curves according to FIG. 4. Time / interval description t 0 - State change of the signal on the control input interface 18th - Beginning of the closing process of the first circuit breaker 5-1 by the first driver circuit 2-6 t 0 -t 1 - the first circuit breaker 5-1 is reloaded by a large driver current i 7-1 (partial driver current source 17-1a active) - The duration of the time interval is determined by the variable parameter on the first parameter transfer line 13-1 given t 1 - End of the first time interval - first circuit breaker 5-1 reaches its threshold voltage U th - driver current i 7-1 is switched to a significantly lower value (partial driver current source 17-1b active) - commutation of second diode 6-2 on first breaker 5-1 begins t 1 - t 2 - Gate voltage u 7-1 of the first power switch 5-1 is kept almost constant - the duration of the time interval is determined by the parameter on the third parameter transfer line 13-3 specified - the duration of the time interval corresponds to the commutation duration in the regulated state t 2 - Check whether commutation has already been completed (compare falling edge of the signal on the first status detection line 11-1 and rising edge of the signal on the first auxiliary signal feedback line 14-1 ) - Adaptation of the duration of the first time interval by varying the parameter on the first parameter transfer line 13-1 - Switching back to a large driver current i 7-1 (partial driver current source 17-1a active) t 2 - t 3 - Fast switching of the first circuit breaker 5-1 to minimize switching losses

Der Ausschaltvorgang läuft in analoger Weise ab. Das erste Zeitintervall entsprechend dem Parameter auf der zweiten Parameterübergabeleitung 13-2 wird dabei so geregelt, dass zum Zeitpunkt t6 die Kommutierung gerade abgeschlossen ist. Dazu wird die fallende Flanke des Signals auf der zweiten Zustandserfassungsleitung 11-2 (tatsächliches Ende der Kommutierung) mit der steigenden Flanke des Signals auf der zweiten Hilfssignalrückführungsleitung 14-2 (Sollwert für das Ende der Kommutierung) verglichen.The switch-off process takes place in an analogous manner. The first time interval corresponding to the parameter on the second parameter transfer line 13-2 is regulated in such a way that the commutation has just ended at time t 6. For this purpose, the falling edge of the signal is transmitted to the second status detection line 11-2 (actual end of commutation) compared with the rising edge of the signal on the second auxiliary signal feedback line 14-2 (setpoint for the end of commutation).

Die Parameter auf der dritten und vierten Parameterübergabeleitung 13-3 und 13-4 erlauben bei diesem Verfahren eine direkte Vorgabe der Kommutierungsdauer. Die großen Treiberteilstromquellen 17-xb mit 17-1b, 17-2b, 17-3b, 17-4b ermöglichen ein schnelles Schalten des Leistungsschalters, um die Schaltverlustleistung zu minimieren. Die Treiberstromquellen 17-xa mit 17-1a, 17-2a, 17-3a, 17-4a ermöglichen die Kontrolle des Kommutierungsvorgangs.The parameters on the third and fourth parameter transfer lines 13-3 and 13-4 allow a direct specification of the commutation time with this method. The large driver component power sources 17-xb With 17-1b , 17-2b , 17-3b , 17-4b enable the circuit breaker to switch quickly in order to minimize the switching power loss. The driver power sources 17-xa With 17-1a , 17-2a , 17-3a , 17-4a enable the commutation process to be monitored.

In 5a, 5b, 5c, 5d sind Zeitverläufe der Signale für einen Einschaltvorgang entsprechend der schematischen Darstellung aus 4 dargestellt. Dabei zeigen die 5a das Signal auf der Steuervorgabeschnittstelle 18 und den aktuellen Zustand der Leistungsschalteranordnung 3 auf der Zustandsregisterausgangsleitung 12, die 5b die rückgeführte induzierte Spannung der Messinduktivität 9 auf dem Messsignalabgriff 10-1, die 5c die Spannung der Steuersignalleitungen 7-1 und 7-2 für die Leistungsschalter 5-1 und 5-2 sowie die Spannung am Lastanschluss 8 und die 5d den Strom durch die Leistungsschalter 5-1 und 5-2 sowie durch die zweite Diode 6-2. Die in der Messinduktivität 9 induzierte Spannung u10-1 gemäß 5b wird durch die Komparatoren in der Mess- und Bewertungsschaltung 2-2 erfasst und in der dritten Teilschaltung 2-1c in korrekte aktuelle Zustände der Leistungsschalteranordnung auf der Zustandsregisterausgangsleitung 12 gemäß 5a umgesetzt. Mit dem Zustandswechsel des Signals auf der Steuervorgabeschnittstelle 18 gemäß 5a wird das Zustandssignal auf der Zustandsregisterausgangsleitung 12 zurückgesetzt („UNDEF“). Nach Ablauf einer Totzeit, in der der zweite Leistungsschalter 5-2 ausgeschaltet wird, beginnt das erste Zeitintervall, in dem der erste Leistungsschalter 5-1 bis zur Schwellspannung geladen wird. Nun beginnt die Kommutierung (Zustandssignal auf der Zustandsregisterausgangsleitung 12: „COM-LH-LFW“) von der zweiten Diode 6-2 auf den ersten Leistungsschalter 5-1. Währenddessen bleibt die Gate-Spannung u7-1 gemäß 5c des ersten Leistungsschalters 5-1 nahezu konstant. Das Ende der Kommutierung wird mit der fallenden Flanke der induzierten Spannung u10-1 gemäß 5b erkannt (Zustandssignal auf der Zustandsregisterausgangsleitung 12: „COM-END“) und der erste Leistungsschalter 5-1 wird in kurzer Zeit vollständig durchgeschaltet. In 5d sind die Stromverläufe der Kommutierung zwischen dem ersten Leistungsschalter 5-1 und der zweiten Diode 6-2 angegeben.In 5a , 5b , 5c , 5d are time courses of the signals for a switch-on process according to the schematic representation 4th shown. They show 5a the signal on the control specification interface 18th and the current state of the circuit breaker arrangement 3 on the status register output line 12th , the 5b the returned induced voltage of the measuring inductance 9 on the measurement signal tap 10-1 , the 5c the voltage of the control signal lines 7-1 and 7-2 for the circuit breakers 5-1 and 5-2 as well as the voltage at the load connection 8th and the 5d the current through the circuit breaker 5-1 and 5-2 as well as through the second diode 6-2 . The one in the measuring inductance 9 induced voltage u 10-1 according to 5b is made by the comparators in the measurement and evaluation circuit 2-2 detected and in the third subcircuit 2-1c in correct current states of the circuit breaker arrangement on the state register output line 12th according to 5a implemented. With the change of state of the signal on the control input interface 18th according to 5a becomes the status signal on the status register output line 12th reset ("UNDEF"). After a dead time in which the second circuit breaker 5-2 is switched off, the first time interval begins in which the first circuit breaker 5-1 is charged up to the threshold voltage. Commutation now begins (status signal on the status register output line 12th : "COM-LH-LFW") from the second diode 6-2 on the first breaker 5-1 . Meanwhile, the gate voltage remains u 7-1 according to 5c of the first circuit breaker 5-1 almost constant. The end of the commutation is reached with the falling edge of the induced voltage u 10-1 according to 5b detected (status signal on the status register output line 12th : "COM-END") and the first circuit breaker 5-1 is fully switched through in a short time. In 5d are the current curves of the commutation between the first circuit breaker 5-1 and the second diode 6-2 specified.

Die 6 zeigen Zeitverläufe der Signale entsprechend der schematischen Darstellung in 4 für einen Ausschaltvorgang. Beim Ausschaltvorgang werden ähnlich dem Einschaltvorgang die gleichen Signale eingesetzt. Es resultieren die Zeitverläufe, wie in 6a, 6b, 6c und 6d gezeigt und schon für die schematische Darstellung beschrieben worden ist, wobei in 6a das Signal auf der Steuervorgabeschnittstelle 18 und der aktuelle Zustand der Leistungsschalteranordnung 3 auf der Zustandsregisterausgangsleitung 12, in 6b die rückgeführte induzierte Spannung u10-1 der Messinduktivität 9 am Messsignalabgriff 10-1, in 6c die Spannung der Steuersignalleitungen 7-1 und 7-2 für die Leistungsschalter 5-1 und 5-2 sowie die Spannung am Lastanschluss 8 und in 6d den Strom durch die Leistungsschalter 5-1 und 5-2 sowie durch die zweite Diode 6-2 dargestellt werden.The 6th show the timing of the signals according to the schematic representation in 4th for a switch-off process. When switching off, the same signals are used, similar to switching on. The result is the time courses as in 6a , 6b , 6c and 6d and has already been described for the schematic representation, wherein in 6a the signal on the control specification interface 18th and the current state of the circuit breaker arrangement 3 on the status register output line 12th , in 6b the returned induced voltage u 10-1 the measuring inductance 9 at the measuring signal tap 10-1 , in 6c the voltage of the control signal lines 7-1 and 7-2 for the circuit breakers 5-1 and 5-2 as well as the voltage at the load connection 8th and in 6d the current through the circuit breaker 5-1 and 5-2 as well as through the second diode 6-2 being represented.

In den 7 sind mehrere Diagramme für den Ausregelvorgang zur digitalen Regelung der Kommutierungsgeschwindigkeit dargestellt, wobei die 7a das Signal auf der Steuervorgabeschnittstelle 18, die 7b die Spannung am Lastanschluss 8 der Leistungsschalteranordnung 3, die 7c den Strom durch den ersten Leistungsschalter 5-1 und die 7d die variablen Zeitparameter auf der ersten und zweiten Parameterübergabeleitung 13-1 und 13-2 zeigen. Zur Verdeutlichung der adaptiven Arbeitsweise des Verfahrens sind in 7a, 7b, 7c, 7d die Signalverläufe für die Spannung u8 am Lastanschluss 8 der Leistungsschalteranordnung 3 gemäß 7b und der Strom i5-1 durch den ersten Leistungsschalter 5-1 gemäß 7c dargestellt.In the 7th several diagrams for the compensation process for digital control of the commutation speed are shown, with the 7a the signal on the control specification interface 18th , the 7b the voltage at the load connection 8th the circuit breaker arrangement 3 , the 7c the current through the first circuit breaker 5-1 and the 7d the variable time parameters on the first and second parameter transfer lines 13-1 and 13-2 demonstrate. To illustrate the adaptive mode of operation of the process are in 7a , 7b , 7c , 7d the waveforms for the voltage u 8 at the load connection 8th the circuit breaker arrangement 3 according to 7b and the stream i 5-1 through the first circuit breaker 5-1 according to 7c shown.

Des Weiteren sind die Verläufe der Zeitparameter der ersten und zweiten Parameterübergabeleitung 13-1 und 13-2 gemäß 7d über mehrere Perioden des Signals auf der Steuervorgabeschnittstelle 18 gemäß 7a abgebildet. Das Verfahren arbeitet in dieser Darstellung mit konstanter Schrittweite für die Zeitparameter auf der ersten und zweiten Parameterübergabeleitung 13-1 und 13-2, kann aber auch mit variabler Schrittweite zum schnelleren Erreichen des Endwertes betrieben werden.Furthermore, there are the courses of the time parameters of the first and second parameter transfer line 13-1 and 13-2 according to 7d over several periods of the signal on the control input interface 18th according to 7a pictured. In this representation, the method works with a constant step size for the time parameters on the first and second parameter transfer line 13-1 and 13-2 , but can also be operated with a variable step size to reach the final value more quickly.

Erreichen die Parameter auf der ersten und zweiten Parameterübergabeleitung 13-1 und 13-2 einen stationären Wert, so entsprechen die tatsächlichen Kommutierungsdauern den Sollwerten auf der dritten und vierten Parameterübergabeleitung 13-3 und 13-4. Gleichzeitig wird eine deutliche Verringerung der Resonanzüberhöhung der Spannung u8 am Lastanschluss 8 der Leistungsschalteranordnung 3 und des Stroms i5-1 durch den ersten Leistungsschalter 5-1 deutlich.Reach the parameters on the first and second parameter transfer line 13-1 and 13-2 a stationary value, the actual commutation times correspond to the setpoints on the third and fourth parameter transfer lines 13-3 and 13-4 . At the same time, there is a significant reduction in the resonance increase in the voltage u 8 at the load connection 8th the circuit breaker arrangement 3 and the stream i 5-1 through the first circuit breaker 5-1 clear.

Bei dem erfindungsgemäßen adaptiven Verfahren wird eine Messinduktivität 9 verwendet, die so angeordnet ist, dass in ihr während der Kommutierung eine Spannung induziert wird, welche proportional zur Stromänderungsgeschwindigkeit im jeweils in Reihe geschalteten leistungselektronischen Stellglied 5-1, 5-2, 6-1, 6-2 ist. Durch Auswertung der induzierten Spannung durch entsprechende Rückführung am ersten Messsignalabgriff 10-1 können der tatsächliche Beginn und das Ende der Kommutierung bestimmt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch ein anderes Signal aus der Leistungsschalteranordnung 3, z. B. die Spannung am Lastanschluss 8 als Rückführungsgröße am Messsignalabgriff 10-4, verwenden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht jedoch immer eine vorausschauende und damit eine rechtzeitige Steuerung der Leistungsschalteranordnung 3.In the adaptive method according to the invention, a measuring inductance is used 9 used, which is arranged in such a way that a voltage is induced in it during the commutation, which voltage is proportional to the rate of current change in the power electronic actuator connected in series 5-1 , 5-2 , 6-1 , 6-2 is. By evaluating the induced voltage through appropriate feedback at the first measurement signal tap 10-1 the actual start and end of commutation can be determined. The method according to the invention can also use a different signal from the circuit breaker arrangement 3 , e.g. B. the voltage at the load connection 8th as a feedback variable at the measurement signal tap 10-4 , use. However, the method according to the invention always enables predictive and thus timely control of the circuit breaker arrangement 3 .

In der 8a und der 8b sind zwei Vorrichtungen zur Regelung der Kommutierungsgeschwindigkeit zwischen in Reihe geschalteten leistungselektro- nischen Stellgliedern 5-1, 5-2, 6-1, 6-2 mit induktiver Last 4, wobei die Stellglieder 5-1, 5-2, 6-1, 6-2 in einer Leistungsschalteranordnung 3 zwischen einem positiven Versorgungspotenzial VS und einem Bezugspotenzial GND angeordnet sind, von denen mindestens ein Stellglied 5-1, 5-2 aktiv ein- und ausgeschaltet wird und über Steuersignalleitungen 7-1, 7-2 mit einer Ansteuerschaltung 2, die eine zentrale Steuerschaltung 2-1 mit darin befindlichen Teilschaltungen enthält, verbunden ist, wobei der Ansteuerschaltung 2 eine übergeordnete Programmier- und Steuereinheit 1 vorgeschaltet ist.In the 8a and the 8b are two devices for regulating the commutation speed between power electronic actuators connected in series 5-1 , 5-2 , 6-1 , 6-2 with inductive load 4th , the actuators 5-1 , 5-2 , 6-1 , 6-2 in a circuit breaker arrangement 3 between a positive supply potential VS and a reference potential GND are arranged, of which at least one actuator 5-1 , 5-2 is actively switched on and off and via control signal lines 7-1 , 7-2 with a control circuit 2 who have a central control circuit 2-1 with subcircuits located therein, is connected, the control circuit 2 a higher-level programming and control unit 1 is upstream.

Erfindungsgemäß ist mindestens ein aktiv schaltendes Stellglied 5-1, 5-2 durch die Steuersignalleitungen 7-1, 7-2 mit einer Ansteuerschaltung 2 verbunden, wobei die Ansteuerschaltung 2 durch mindestens einen Messsignalabgriff 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 Messgrößen von der Leistungsschalteranordnung 3 aufnimmt und Ansteuersequenzen für die aktiv schaltenden Stellglieder 5-1, 5-2 über Steuersignalleitungen 7-1, 7-2 in Abhängigkeit vom Signal auf der Steuervorgabeschnittstelle 18 und Programmierschnittstellen 19, 20 einer übergeordneten Programmier- und Steuereinheit 1 erzeugt, wobei die Ansteuerschaltung 2 folgende Baugruppen enthält:

  • - eine Mess- und Bewertungsschaltung 2-2, welche Verbindungen zu den Messsignalabgriffen 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 und zum Signal auf der Steuervorgabeschnittstelle 18 besitzt und über Zustandserfassungsleitungen 11-1, 11-2 Signale an die zentrale Steuerschaltung 2-1 überträgt, welche in Verbindung zum Beginn und zum Ende der Kommutierung stehen,
  • - die zentrale Steuerschaltung 2-1, welche mit der Mess- und Bewertungsschaltung 2-2 über Zustandserfassungsleitungen 11-x verbunden ist und durch mindestens eine Signalleitung 18-1 über die Steuervorgabeschnittstelle 18 und durch mindestens eine Signalleitung 19-1 zur Vorgabe von Zeitparametern auf der ersten Programmierschnittstelle 19 mit der übergeordneten Programmier- und Steuereinheit 1 in Verbindung steht,
  • - eine Hilfssignalschaltung 2-3, welche mit der zentralen Steuerschaltung 2-1 durch Zustandsregisterausgangsleitungen 12, Parameterübergabeleitungen 13-x und Hilfssignalrückführungsleitungen 14-x in Verbindung steht und über mindestens eine Signalleitung 18-1 der Steuervorgabeschnittstelle 18 mit der übergeordneten Programmier- und Steuereinheit 1 verbunden ist,
  • - mindestens zwei Ansteuerteilschaltungen 2-4, 2-5, welche über Hilfssignalleitungen 15-1, 15-2 mit der Hilfssignalschaltung 2-3 verbunden sind, und
  • - mindestens zwei Treiberschaltungen 2-6, 2-7, welche über Treibersteuerleitungen 16-x mit den Ansteuerteilschaltungen 2-4, 2-5 verbunden sind und durch Signalleitungen 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 zur Vorgabe von Treiberteilstromniveaus auf der zweiten Programmierschnittstelle 20 mit der übergeordneten Programmier- und Steuereinheit 1 in Verbindung stehen sowie über die Steuersignalleitungen 7-1, 7-2 mit der Leistungsschalteranordnung 3 verbunden sind.
According to the invention, there is at least one actively switching actuator 5-1 , 5-2 through the control signal lines 7-1 , 7-2 with a control circuit 2 connected, the control circuit 2 through at least one measurement signal tap 10-1 , 10-2 , 10-3 , 10-4 Measured variables from the circuit breaker arrangement 3 records and control sequences for the actively switching actuators 5-1 , 5-2 via control signal lines 7-1 , 7-2 depending on the signal on the control specification interface 18th and programming interfaces 19th , 20th a higher-level programming and control unit 1 generated, the control circuit 2 contains the following assemblies:
  • - a measurement and evaluation circuit 2-2 which connections to the measurement signal taps 10-1 , 10-2 , 10-3 , 10-4 and to the signal on the control specification interface 18th owns and via condition detection lines 11-1 , 11-2 Signals to the central control circuit 2-1 transmits which are connected to the beginning and the end of commutation,
  • - the central control circuit 2-1 , which with the measurement and evaluation circuit 2-2 via condition detection lines 11-x is connected and by at least one signal line 18-1 via the control specification interface 18th and by at least one signal line 19-1 for specifying time parameters on the first programming interface 19th with the higher-level programming and control unit 1 is connected,
  • - an auxiliary signal circuit 2-3 , which with the central control circuit 2-1 through status register output lines 12th , Parameter transfer lines 13-x and auxiliary signal return lines 14-x is in communication and via at least one signal line 18-1 the control specification interface 18th with the higher-level programming and control unit 1 connected is,
  • - at least two control subcircuits 2-4 , 2-5 , which via auxiliary signal lines 15-1 , 15-2 with the auxiliary signal circuit 2-3 connected, and
  • - at least two driver circuits 2-6 , 2-7 , which via driver control lines 16-x with the control subcircuits 2-4 , 2-5 are connected and by signal lines 20-1 , 20-2 , 20-3 , 20-4 for specifying partial driver current levels on the second programming interface 20th with the higher-level programming and control unit 1 are in communication as well as via the control signal lines 7-1 , 7-2 with the circuit breaker arrangement 3 are connected.

Die Vorrichtung in 8b unterscheidet sich von der Vorrichtung in 8a insofern, dass in 8b anstelle der Messung mit Messinduktivität 9 andere Signale der Leistungsschalteranordnung 3 gemessen werden, z. B. die Spannungssignale an den Steuersignalleitungen 7-1, 7-2 und die Spannung am Lastanschluss 8 mittels den Messsignalabgriffen 10-2, 10-3 und 10-4.The device in 8b differs from the device in 8a to the extent that in 8b instead of measuring with measuring inductance 9 other signals from the circuit breaker arrangement 3 be measured, e.g. B. the voltage signals on the control signal lines 7-1 , 7-2 and the voltage at the load connection 8th by means of the measurement signal taps 10-2 , 10-3 and 10-4 .

Insgesamt lässt sich mit diesem Verfahren ein deutlich besseres EMV-Verhalten durch Vermeidung von Anregungen der parasitären Reihenschwingkreise erreichen. Die Schaltverlustleistung bleibt aufgrund eines schnellen Durchschaltens vor und insbesondere nach der Kommutierung auf einem Niveau bereits bestehender Ansteuerverfahren. Material- und Entwicklungskosten für EMV-Filter zur Dämpfung des leitungsgebundenen Störspektrums können so eingespart werden.Overall, with this method, a significantly better EMC behavior can be achieved by avoiding excitations of the parasitic series resonant circuits. The switching power loss remains due to rapid switching before and especially after commutation at the level of already existing control methods. In this way, material and development costs for EMC filters for attenuating the conducted interference spectrum can be saved.

Der zusätzliche Aufwand für die Realisierung des Regelalgorithmus beschränkt sich auf die externe Messinduktivität und zusätzliche Chipfläche für den Treiberschaltkreis. Die Induktivität kann in den meisten Anwendungsfällen als definierter Leiterbahnabschnitt realisiert werden, wodurch keine zusätzlichen Materialkosten für externe passive Bauelemente entstehen.The additional effort for implementing the control algorithm is limited to the external measuring inductance and additional chip area for the driver circuit. In most applications, the inductance can be implemented as a defined conductor track section, which means that there are no additional material costs for external passive components.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Adaptierung über mehrere Schaltperioden vorgenommen. Unter dem erfindungsgemäßen adaptiven Verfahren werden Schritte verstanden, die über mehrere Schaltperioden des Signals auf der Steuervorgabeschnittstelle eine sukzessive Annäherung der Regelungsparameter an das Regelziel, vorzugsweise an die vorgegebene Kommutierungsdauer, durchführen. Dadurch ist es möglich, vorausschauend den Treiberstrom zu reduzieren, bevor die parasitären Schwingkreise angeregt werden und Störungen auftreten.In contrast to the prior art, in the method according to the invention, an adaptation is carried out over several switching periods. The adaptive method according to the invention is understood to mean steps which carry out a successive approximation of the control parameters to the control target, preferably to the specified commutation period, over several switching periods of the signal on the control input interface. This makes it possible to reduce the driver current in advance, before the parasitic resonant circuits are excited and disturbances occur.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Übergeordnete Programmier- und SteuereinheitSuperordinate programming and control unit
22
AnsteuerschaltungControl circuit
2-12-1
zentrale Steuerschaltungcentral control circuit
2-1x2-1x
TeilschaltungenSubcircuits
2-1a2-1a
erste Teilschaltungfirst partial circuit
2-1 b2-1 b
zweite Teilschaltungsecond partial circuit
2-1c2-1c
dritte Teilschaltungthird partial circuit
2-1d2-1d
vierte Teilschaltungfourth partial circuit
2-22-2
Mess- und BewertungsschaltungMeasurement and evaluation circuit
2-32-3
HilfssignalschaltungAuxiliary signal circuit
2-42-4
erste Ansteuerteilschaltungfirst control subcircuit
2-52-5
zweite Ansteuerteilschaltungsecond control subcircuit
2-62-6
erste Treiberschaltungfirst driver circuit
2-72-7
zweite Treiberschaltungsecond driver circuit
33
LeistungsschalteranordnungCircuit breaker arrangement
44th
Induktive LastInductive load
5-15-1
erstes aktiv schaltendes Stellgliedfirst actively switching actuator
5-25-2
zweites aktiv schaltendes Stellgliedsecond actively switching actuator
6-16-1
erstes passiv schaltendes Stellgliedfirst passive switching actuator
6-26-2
zweites passiv schaltendes Stellgliedsecond passive switching actuator
7-x7-x
SteuersignalleitungenControl signal lines
7-17-1
erste Steuersignalleitungfirst control signal line
7-27-2
zweite Steuersignalleitungsecond control signal line
88th
LastanschlussLoad connection
99
MessinduktivitätMeasuring inductance
10-x10-x
MesssignalabgriffeMeasurement signal taps
10-110-1
erster Messsignalabgrifffirst measurement signal tap
10-210-2
zweiter Messsignalabgriffsecond measurement signal tap
10-310-3
dritter Messsignalabgriffthird measurement signal tap
10-410-4
vierter Messsignalabgrifffourth measurement signal tap
11-x11-x
ZustandserfassungsleitungenCondition detection lines
11-111-1
erste Zustandserfassungsleitungfirst condition detection line
11-211-2
zweite Zustandserfassungsleitungsecond condition detection line
1212th
ZustandsregisterausgangsleitungStatus register output line
13-x13-x
ParameterübergabeleitungenParameter transfer lines
13-113-1
erste Parameterübergabeleitungfirst parameter transfer line
13-213-2
zweite Parameterübergabeleitungsecond parameter transfer line
13-313-3
dritte Parameterübergabeleitungthird parameter transfer line
13-413-4
vierte Parameterübergabeleitungfourth parameter transfer line
14-x14-x
HilfssignalrückführungsleitungenAuxiliary signal return lines
14-114-1
erste Hilfssignalrückführungsleitungfirst auxiliary signal return line
14-214-2
zweite Hilfssignalrückführungsleitungsecond auxiliary signal return line
15-x15-x
HilfssignalleitungenAuxiliary signal lines
15-115-1
erste Hilfssignalleitungfirst auxiliary signal line
15-215-2
zweite Hilfssignalleitungsecond auxiliary signal line
16-x16-x
TreibersteuerleitungenDriver control lines
16-1a16-1a
TreibersteuerleitungDriver control line
16-1b16-1b
TreibersteuerleitungDriver control line
16-2a16-2a
TreibersteuerleitungDriver control line
16-2b16-2b
TreibersteuerleitungDriver control line
16-3a16-3a
TreibersteuerleitungDriver control line
16-3b16-3b
TreibersteuerleitungDriver control line
16-4a16-4a
TreibersteuerleitungDriver control line
16-4b16-4b
TreibersteuerleitungDriver control line
17-x17-x
TreiberteilstromquellenDriver partial power sources
17-1a17-1a
TreiberteilstromquelleDriver partial power source
17-1 b17-1 b
TreiberteilstromquelleDriver partial power source
17-2a17-2a
TreiberteilstromquelleDriver partial power source
17-2b17-2b
TreiberteilstromquelleDriver partial power source
17-3a17-3a
TreiberteilstromquelleDriver partial power source
17-3b17-3b
TreiberteilstromquelleDriver partial power source
17-4a17-4a
TreiberteilstromquelleDriver partial power source
17-4b17-4b
TreiberteilstromquelleDriver partial power source
1818th
SteuervorgabeschnittstelleControl specification interface
18-118-1
SignalleitungSignal line
1919th
erste Programmierschnittstellefirst programming interface
19-119-1
SignalleitungSignal line
2020th
zweite Programmierschnittstellesecond programming interface
20-120-1
SignalleitungSignal line
20-220-2
SignalleitungSignal line
20-320-3
SignalleitungSignal line
20-420-4
SignalleitungSignal line
VSVS
VersorgungsspannungSupply voltage
tt
Zeittime
∂i9/∂t∂i9 / ∂t
StromänderungsgeschwindigkeitCurrent rate of change
M1M1
Leistungs-MOSFETPower MOSFET
M2M2
Leistungs-MOSFETPower MOSFET
+Vref+ Vref
positives Referenzpotenzialpositive reference potential
-Vref-Vref
negatives Referenzpotenzialnegative reference potential

Claims (37)

Verfahren zur Regelung der Kommutierungsgeschwindigkeit zwischen in Reihe geschalteten leistungselektronischen Stellgliedern (5-1, 5-2, 6-1, 6-2) mit induktiver Last (4), wobei die Stellglieder (5-1, 5-2, 6-1, 6-2) in einer Leistungsschalteranordnung (3) zwischen einem positiven Versorgungspotenzial (VS) und einem Bezugspotenzial (GND) angeordnet sind, von denen mindestens ein Stellglied (5-1, 5-2) aktiv ein- und ausgeschaltet wird und über Steuersignalleitungen (7-1, 7-2) mit einer Ansteuerschaltung (2), die eine zentrale Steuerschaltung (2-1) mit darin befindlichen Teilschaltungen enthält, verbunden ist, wobei der Ansteuerschaltung (2) eine übergeordnete Programmier- und Steuereinheit (1) vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung oder der Strom auf der Steuersignalleitung (7-1, 7-2) des aktiv schaltenden Stellgliedes (5-1, 5-2) während eines Schaltvorgangs in mindestens zwei Zeitintervallen variiert wird, wobei mindestens ein Zeitintervall als Parameter auf einer ersten und einer zweiten, von einer einen Regelalgorithmus der digitalen Flankenregulierung aufweisenden Teilschaltung (2-1b) der zentralen Steuerschaltung (2-1) zu einer Hilfssignalschaltung (2-3) zur Erzeugung zeitverzögerter Hilfssignale für die Ansteuerung von Treiberstufen (2-6, 2-7) für zugehörige Treiberteilstromquellen (17-1, 17-2, 17-3, 17-4) der Stellglieder (5-1, 5-2) führenden Parameterübergabeleitung (13-1, 13-2) in Abhängigkeit von Messsignalen auf mindestens einem Messsignalabgriff (10-1; 10-2, 10-3, 10-4) aus der Leistungsschalteranordnung (3) und in jeder Schaltperiode eines Signals auf einer Steuervorgabeschnittstelle (18) von der übergeordneten Programmier- und Steuereinheit (1) um eine feste oder variable Schrittweite so adaptiv variiert und abgespeichert wird, dass nach einer endlichen Anzahl n≥1 von Schaltperioden die Kommutierungsdauer in einem festen Verhältnis zu einem zweiten vorgegebenen Zeitintervall als Parameter auf einer dritten und einer vierten, von einer ein Register für die Kommutierungsdauer-Sollwerte darstellenden Teilschaltung (2-1d) der zentralen Steuerschaltung (2-1) zu der Hilfssignalschaltung (2-3) zur Erzeugung zeitverzögerter Hilfssignale für die Ansteuerung von Treiberstufen (2-6, 2-7) für zugehörige Treiberteilstromquellen (17-1, 17-2, 17-3, 17-4) der Stellglieder (5-1, 5-2) führenden Parameterübergabeleitung (13-3, 13-4) steht und auch bei veränderlichen Betriebsbedingungen der Leistungsschalteranordnung (3) in dem festen Verhältnis gehalten wird.Method for regulating the commutation speed between series-connected power electronic actuators (5-1, 5-2, 6-1, 6-2) with inductive load (4), the actuators (5-1, 5-2, 6-1 , 6-2) are arranged in a circuit breaker arrangement (3) between a positive supply potential (VS) and a reference potential (GND), of which at least one actuator (5-1, 5-2) is actively switched on and off and via control signal lines (7-1, 7-2) is connected to a control circuit (2) which contains a central control circuit (2-1) with subcircuits located therein, the control circuit (2) being preceded by a higher-level programming and control unit (1) is, characterized in that the voltage or the current on the control signal line (7-1, 7-2) of the actively switching actuator (5-1, 5-2) is varied during a switching process in at least two time intervals, with at least one time interval as a parameter on a first and second, from a subcircuit (2-1b) of the central control circuit (2-1) having a control algorithm for the digital edge regulation to an auxiliary signal circuit (2-3) for generating time-delayed auxiliary signals for the control of driver stages (2-6, 2 -7) for associated driver partial current sources (17-1, 17-2, 17-3, 17-4) of the actuators (5-1, 5-2) leading parameter transfer line (13-1, 13-2) depending on measurement signals at least one measurement signal tap (10-1; 10-2, 10-3, 10-4) from the circuit breaker arrangement (3) and in each switching period of a signal on a control input interface (18) from the higher-level programming and control unit (1) so adaptively varies by a fixed or variable step size it is stored that after a finite number n≥1 of switching periods the commutation duration in a fixed ratio to a second predetermined time interval as a parameter on a third and a fourth subcircuit (2-1d) of the central control circuit (2-1) to the auxiliary signal circuit (2-3) for generating time-delayed auxiliary signals for controlling driver stages (2-6, 2-7) for associated driver partial current sources (17-1, 17-2, 17-3, 17 -4) of the actuators (5-1, 5-2) leading parameter transfer line (13-3, 13-4) is and also in the case of changing operating conditions of the circuit breaker arrangement (3) in the fixed ratio will. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter der Spannung und des Stromes auf den Steuersignalleitungen (7-1, 7-2) in den verschiedenen Zeitintervallen durch die übergeordnete Programmier- und Steuereinheit (1) vorgegeben und über eine erste Programmierschnittstelle (19) in der Ansteuerschaltung (2) abgespeichert werden oder fest in der Ansteuerschaltung (2) implementiert sind.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the parameters of the voltage and the current on the control signal lines (7-1, 7-2) are specified in the various time intervals by the higher-level programming and control unit (1) and via a first programming interface (19) in the control circuit (2) are stored or are permanently implemented in the control circuit (2). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der konstanten Zeitintervalle durch die übergeordnete Programmier- und Steuereinheit (1) vorgegeben und über eine zweite Programmierschnittstelle (20) in der Ansteuerschaltung (2) abgespeichert werden oder fest in der Ansteuerschaltung (2) implementiert sind.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the duration of the constant time intervals is specified by the higher-level programming and control unit (1) and is stored in the control circuit (2) via a second programming interface (20) or is permanently implemented in the control circuit (2). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Auswertung der zur Ansteuerschaltung (2) zurückgeführten Messsignale auf mindestens einem Messsignalabgriff (10-1; 10-2, 10-3, 10-4) der aktuelle Zustand der Leistungsschalteranordnung (3) derart bestimmt wird, dass das im nächsten Schaltvorgang die Kommutierung bestimmende aktiv schaltende Stellglied (5-1, 5-2) ausgewählt und gesteuert wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that by evaluating the measurement signals fed back to the control circuit (2) on at least one measurement signal tap (10-1; 10-2, 10-3, 10-4), the current state of the circuit breaker arrangement (3) is determined in such a way that the in the next switching process the active switching actuator (5-1, 5-2) determining the commutation is selected and controlled. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Leistungsschalteranordnung (3) bestimmten Messsignale auf einem Messsignalabgriff (10-1) derart ausgebildet sind, dass eine Spannung proportional zur Kommutierungsgeschwindigkeit in einem der Stellglieder (5-1, 5-2, 6-1, 6-2) durch eine in Reihe zu den Stellgliedern (5-1, 5-2, 6-1, 6-2) geschalteten Messinduktivität (9) induziert wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the measurement signals determined from the circuit breaker arrangement (3) are formed on a measurement signal tap (10-1) in such a way that a voltage proportional to the commutation speed in one of the actuators (5-1, 5-2, 6-1, 6 -2) is induced by a measuring inductance (9) connected in series with the actuators (5-1, 5-2, 6-1, 6-2). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Messinduktivität (9) induzierte Spannung durch die Ansteuerschaltung (2) ausgewertet wird und so der aktuelle Zustand der Leistungsschalteranordnung (3) bestimmt und gespeichert wird sowie über Zustandsregisterausgangsleitungen (12) für nachgeschaltete Teilschaltungen der Ansteuerschaltung (2) zur Verfügung steht.Procedure according to Claim 5 , characterized in that the voltage induced in the measuring inductance (9) is evaluated by the control circuit (2) and the current state of the circuit breaker arrangement (3) is determined and stored as well as via status register output lines (12) for downstream subcircuits of the control circuit (2) is available. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Leistungsschalteranordnung (3) bestimmten Messsignale auf den Messsignalabgriffen (10-2, 10-3, 10-4) derart gestaltet sind, dass die Spannungen an den Steuersignalleitungen (7-1, 7-2) und am Lastanschluss (8) der Leistungsschalteranordnung (3) gemessen werden.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the measurement signals determined from the circuit breaker arrangement (3) on the measurement signal taps (10-2, 10-3, 10-4) are designed in such a way that the voltages on the control signal lines (7-1, 7-2) and can be measured at the load connection (8) of the circuit breaker arrangement (3). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Spannung am Lastanschluss (8) durch Korrekturfaktoren derart beeinflusst wird, dass trotz einer Spannungsverfälschung der gemessenen Spannung an den Messsignalabgriffen (10-2, 10-3, 10-4) infolge einer Kommutierung der ausgegebene Zustand auf den Zustandsregisterausgangsleitungen (12) dem tatsächlichen Zustand der Leistungsschalteranordnung (3) entspricht.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the measured voltage at the load connection (8) is influenced by correction factors in such a way that despite a voltage falsification of the measured voltage at the measurement signal taps (10-2, 10-3, 10-4) due to commutation, the output state to the State register output lines (12) corresponds to the actual state of the circuit breaker arrangement (3). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Polarität des induzierten Spannungsimpulses in der Messinduktivität (9) und der Kenntnis über den Zustand des Signals auf der Steuervorgabeschnittstelle (18) die aktuelle Laststromrichtung (i8) am Lastanschluss (8) der Leistungsschalteranordnung (3) und damit ein aktueller Steuer- und Freilaufpfad bestimmt wird.Procedure according to Claim 8 , characterized in that on the basis of the polarity of the induced voltage pulse in the measuring inductance (9) and the knowledge of the state of the signal on the control input interface (18) the current load current direction (i 8 ) at the load connection (8) of the circuit breaker arrangement (3) and thus a current control and freewheeling path is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter auf der ersten und der zweiten Parameterübergabeleitung (13-1, 13-2) bei jedem Schaltvorgang um eine vorgegebene Schrittweite vergrößert bzw. verkleinert werden, wobei der neu eingestellte Wert mit dem nächsten Schaltereignis wirksam wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the parameters on the first and second parameter transfer lines (13-1, 13-2) are increased or decreased by a predetermined step size with each switching operation, the newly set value with the next Switching event becomes effective. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die zweite Programmierschnittstelle (20) die Stärke einzelner Treiberteilstromquellen (17-1a, 17-2a, 17-1b, 17-2b; 17-3a, 17-4a, 17-3b, 17-4b) mittels Vorgabe von Treiberteilstromniveaus an die angeschlossenen aktiven schaltenden Stellglieder (5-1, 5-2) angepasst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the strength of individual driver partial current sources (17-1a, 17-2a, 17-1b, 17-2b; 17-3a, 17-4a, 17-3b , 17-4b) is adapted to the connected active switching actuators (5-1, 5-2) by specifying partial driver current levels. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kontrolle der Kommutierungsdauer mindestens vier Treiberteilstromquellen (17-1a, 17-2a, 17-1b, 17-2b; 17-3a, 17-4a, 17-3b, 17-4b) je Treiberstufe (2-6; 2-7) vorgesehen sind, wobei zwei Treiberteilstromquellen (17-1a, 17-1b; 17-2a, 17-2b; 17-3a, 17-3b; 17-4a, 17-4b) jeweils für das Laden und Entladen des Gates vorgesehen werden.Procedure according to Claim 11 , characterized in that at least four partial driver current sources (17-1a, 17-2a, 17-1b, 17-2b; 17-3a, 17-4a, 17-3b, 17-4b) per driver stage (2- 6; 2-7) are provided, with two partial driver current sources (17-1a, 17-1b; 17-2a, 17-2b; 17-3a, 17-3b; 17-4a, 17-4b) each for charging and Unloading the gate can be provided. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschaltvorgang in zwei Zeitintervalle unterteilt wird, wobei die Dauer des ersten Zeitintervalls als Parameter auf der ersten Parameterübergabeleitung (13-1) durch den Regelalgorithmus der digitalen Flankenregelung in der zweiten Teilschaltung (2-1b) bei jeder Schaltperiode des Signals auf der Steuervorgabeschnittstelle (18) variiert wird und das zweite Zeitintervall als Parameter auf der dritten Parameterübergabeleitung (13-3) durch die übergeordnete Programmier- und Steuereinheit (1) vorgegeben wird und im Verhältnis zu der zu erzielenden Kommutierungsdauer steht.Procedure according to Claim 1 , characterized in that a switch-on process is divided into two time intervals, the duration of the first time interval as a parameter on the first parameter transfer line (13-1) by the control algorithm of the digital edge control in the second sub-circuit (2-1b) for each switching period of the signal is varied on the control input interface (18) and the second time interval is specified as a parameter on the third parameter transfer line (13-3) by the higher-level programming and control unit (1) and is in proportion to the commutation duration to be achieved. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausschaltvorgang in zwei Zeitintervalle unterteilt wird, wobei die Dauer des ersten Zeitintervalls als Parameter auf der zweiten Parameterübergabeleitung (13-2) durch den Regelalgorithmus in der zweiten Teilschaltung (2-1b) bei jeder Schaltperiode des Signals auf der Steuervorgabeschnittstelle (18) variiert wird und das zweite Zeitintervall als Parameter auf der vierten Parameterübergabeleitung (13-4) durch die übergeordnete Programmier- und Steuereinheit (1) vorgegeben wird und im Verhältnis zu der zu erzielenden Kommutierungsdauer steht.Procedure according to Claim 1 , characterized in that a switch-off process is divided into two time intervals, the duration of the first time interval as a parameter on the second Parameter transfer line (13-2) is varied by the control algorithm in the second subcircuit (2-1b) for each switching period of the signal on the control input interface (18) and the second time interval is varied as a parameter on the fourth parameter transfer line (13-4) by the higher-level programming - and control unit (1) is specified and is in proportion to the commutation time to be achieved. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter auf der dritten und vierten Parameterübergabeleitung (13-3, 13-4) für eine direkte Vorgabe der Kommutierungsdauer vorgesehen werden.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the parameters on the third and fourth parameter transfer line (13-3, 13-4) are provided for a direct specification of the commutation duration. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgesehene Mess- und Bewertungsschaltung (2-2) in der Ansteuerschaltung (2) mindestens zwei Komparatoren enthält, welche die in der Messinduktivität (9) induzierte Spannung mit Referenzpotenzialen (+Vref, -Vref) vergleichen und so die Polarität der induzierten Spannung sowie den Beginn und das Ende der Kommutierung ermitteln und auf den Zustandserfassungsleitungen (11-x, mit x=1, 2) ausgeben.Procedure according to Claim 1 , characterized in that a measurement and evaluation circuit (2-2) provided in the control circuit (2) contains at least two comparators which compare the voltage induced in the measurement inductance (9) with reference potentials (+ Vref, -Vref) and thus compare the Determine the polarity of the induced voltage as well as the beginning and the end of the commutation and output them on the status detection lines (11-x, with x = 1, 2). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer in der zentralen Steuerschaltung (2-1) befindlichen ersten Teilschaltung (2-1a) als Speicher für Beginn und Ende der Kommutierung die erste positive und erste negative Flanke des Signals auf der ersten oder der zweiten Zustandserfassungsleitung (11-1; 11-2) aus der Mess- und Bewertungsschaltung (2-2) nach einem Wechsel des Signals auf der Steuervorgabeschnittstelle (18) gespeichert werden.Procedure according to Claim 1 , characterized in that in a first subcircuit (2-1a) located in the central control circuit (2-1) as a memory for the beginning and end of the commutation, the first positive and first negative edge of the signal on the first or the second state detection line (11 -1; 11-2) from the measurement and evaluation circuit (2-2) can be stored after a change in the signal on the control input interface (18). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der in der zentralen Steuerschaltung (2-1) befindlichen zweiten Teilschaltung (2-1b) der Regelalgorithmus der digitalen Flankenregelung für die Zeitparameter auf den beiden ersten Parameterübergabeleitungen (13-1, 13-2) implementiert ist, wobei die Zeitparameter für den jeweils aktuellen Steuerpfad über mehrere Perioden des Signals auf der Steuervorgabeschnittstelle (18) derart adaptiert werden, dass das gemessene Ende der Kommutierung als Istwert entsprechend dem Signal auf der ersten oder zweiten Zustandserfassungsleitung (11-1; 11-2) mit dem vorgegebenen Ende der Kommutierung als Sollwert entsprechend dem Signal auf der ersten Hilfssignalrückführungsleitung (14-1) für den Einschaltvorgang und dem Signal auf der zweiten Hilfssignalrückführungsleitung (14-2) für den Ausschaltvorgang in zeitliche Übereinstimmung gebracht werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the second subcircuit (2-1b) located in the central control circuit (2-1) the control algorithm of the digital edge control for the time parameters on the first two parameter transfer lines (13-1, 13- 2) is implemented, the time parameters for the respective current control path being adapted over several periods of the signal on the control input interface (18) in such a way that the measured end of commutation is the actual value corresponding to the signal on the first or second state detection line (11-1; 11-2) with the specified end of commutation as the setpoint value corresponding to the signal on the first auxiliary signal return line (14-1) for the switch-on process and the signal on the second auxiliary signal return line (14-2) for the switch-off process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe der in der zentralen Steuerschaltung (2-1) befindlichen, dritten Teilschaltung (2-1c) der Beginn und das Ende der Kommutierung sowie die Polarität der induzierten Spannung ausgewertet und der Zustand der Leistungsschalteranordnung (3) auf einer Zustandsregisterausgangsleitung (12) ausgegeben und bis zum nächsten Schaltereignis gespeichert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, with the aid of the third subcircuit (2-1c) located in the central control circuit (2-1), the start and end of the commutation and the polarity of the induced voltage are evaluated and the state of the circuit breaker arrangement (3) is output on a status register output line (12) and is stored until the next switching event. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer in der zentralen Steuerschaltung (2-1) befindlichen vierten Teilschaltung (2-1d) die Sollwerte für die Kommutierungsdauer abgelegt und auf der dritten und vierten Parameterübergabeleitung (13-3, 13-4) ausgegeben werden, wobei die Sollwerte durch die übergeordnete Programmier- und Steuereinheit (1) über eine entsprechende erste Programmierschnittstelle (19) übergeben werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the setpoint values for the commutation duration are stored in a fourth subcircuit (2-1d) located in the central control circuit (2-1) and transferred to the third and fourth parameter transfer line (13-3, 13- 4) are output, the setpoint values being transferred by the higher-level programming and control unit (1) via a corresponding first programming interface (19). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hilfssignalschaltung (2-3) als Zeitsteuereinheit mittels interner Multiplexer Hilfssteuersignale aus einer Kette mit Verzögerungsgliedern ausgewählt werden, die gegenüber dem Signal auf der Steuervorgabeschnittstelle (18) zeitverzögert sind, wobei die Multiplexer entsprechend den Parametern auf allen Parameterübergabeleitungen (13-1, 13-2, 13-3, 13-4) gesteuert werden, wobei ein nachgeschalteter Demultiplexer die Hilfssteuersignale entsprechend dem aktuellen Halbbrückenzustand auf der Zustandsregisterausgangsleitung (12) auswählt und sie zu vorhandenen Ansteuerteilschaltungen (2-4, 2-5) weiterschaltet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the auxiliary signal circuit (2-3) as a time control unit by means of internal multiplexers, auxiliary control signals are selected from a chain with delay elements which are time-delayed compared to the signal on the control input interface (18), the multiplexers correspondingly the parameters on all parameter transfer lines (13-1, 13-2, 13-3, 13-4), with a downstream demultiplexer selecting the auxiliary control signals according to the current half-bridge status on the status register output line (12) and adding them to existing control subcircuits (2- 4, 2-5) advances. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über mehrere Schaltperioden des Signals auf der Steuervorgabeschnittstelle (18) eine sukzessive Annäherung der Regelungsparameter an die vorgegebene Kommutierungsdauer durchgeführt wird, wodurch vorausschauend der Treiberstrom reduziert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a successive approximation of the control parameters to the specified commutation duration is carried out over several switching periods of the signal on the control input interface (18), whereby the driver current is reduced in advance. Vorrichtung zur Regelung der Kommutierungsgeschwindigkeit zwischen in Reihe geschalteten leistungselektronischen Stellgliedern (5-1, 5-2, 6-1, 6-2) mit induktiver Last (4), wobei die Stellglieder (5-1, 5-2, 6-1, 6-2) in einer Leistungsschalteranordnung (3) zwischen einem positiven Versorgungspotenzial (VS) und einem Bezugspotenzial (GND) angeordnet sind, von denen mindestens ein Stellglied (5-1, 5-2) aktiv ein- und ausgeschaltet wird und über Steuersignalleitungen (7-1, 7-2) mit einer Ansteuerschaltung (2), die eine zentrale Steuerschaltung (2-1) mit darin befindlichen Teilschaltungen enthält, verbunden ist, wobei der Ansteuerschaltung (2) eine übergeordnete Programmier- und Steuereinheit (1) vorgeschaltet ist, betrieben nach dem Verfahren nach Anspruch 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein aktiv schaltendes Stellglied (5-1, 5-2) durch die Steuersignalleitungen (7-1, 7-2) mit einer Ansteuerschaltung (2) verbunden ist und die Ansteuerschaltung (2) Messgrößen von der Leistungsschalteranordnung (3) aufnimmt und Ansteuersequenzen für die aktiv schaltenden Stellglieder (5-1, 5-2) über Steuersignalleitungen (7-1, 7-2) in Abhängigkeit vom Signal auf der Steuervorgabeschnittstelle (18) und Programmierschnittstellen (19, 20) einer übergeordneten Programmier- und Steuereinheit (1) erzeugt, wobei die Ansteuerschaltung (2) folgende Baugruppen enthält: - eine Mess- und Bewertungsschaltung (2-2), welche Verbindungen zu den Messsignalabgriffen (10-1, 10-2, 10-3, 10-4) und zum Signal auf der Steuervorgabeschnittstelle (18) besitzt und über Zustandserfassungsleitungen (11-1, 11-2) Signale an die zentrale Steuerschaltung (2-1) überträgt, welche in Verbindung zum Beginn und zum Ende der Kommutierung stehen, - die zentrale Steuerschaltung (2-1), welche mit der Mess- und Bewertungsschaltung (2-2) über Zustandserfassungsleitungen (11-1, 11-2) verbunden ist und durch mindestens eine Signalleitung (18-1) über die Steuervorgabeschnittstelle (18) und durch mindestens eine Signalleitung (19-1) zur Vorgabe von Zeitparametern auf der ersten Programmierschnittstelle (19) mit der übergeordneten Programmier- und Steuereinheit (1) in Verbindung steht, - eine Hilfssignalschaltung (2-3), welche mit der zentralen Steuerschaltung (2-1) durch Zustandsregisterausgangsleitungen (12), Parameterübergabeleitungen (13-x, mit x= 1, 2, 3, 4) und Hilfssignalrückführungsleitungen (14-x, mit x= 1,2) in Verbindung steht und über die Signalleitung (18-1) der Steuervorgabeschnittstelle (18) mit der übergeordneten Programmier- und Steuereinheit (1) verbunden ist, - mindestens zwei Ansteuerteilschaltungen (2-4, 2-5), welche über Hilfssignalleitungen (15-1, 15-2) mit der Hilfssignalschaltung (2-3) verbunden sind, und - mindestens zwei Treiberschaltungen (2-6, 2-7), welche über Treibersteuerleitungen (16-x mit x=1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) mit den Ansteuerteilschaltungen (2-4, 2-5) verbunden sind und durch Signalleitungen (20-x mit x= 1, 2, 3, 4) zur Vorgabe von Treiberteilstromniveaus auf der zweiten Programmierschnittstelle (20) mit der übergeordneten Programmier- und Steuereinheit (1) in Verbindung stehen sowie über die Steuersignalleitungen (7-1, 7-2) mit der Leistungsschalteranordnung (3) verbunden sind.Device for regulating the commutation speed between series-connected power electronic actuators (5-1, 5-2, 6-1, 6-2) with inductive load (4), the actuators (5-1, 5-2, 6-1 , 6-2) are arranged in a circuit breaker arrangement (3) between a positive supply potential (VS) and a reference potential (GND), of which at least one actuator (5-1, 5-2) is actively switched on and off is switched off and is connected via control signal lines (7-1, 7-2) to a control circuit (2) which contains a central control circuit (2-1) with subcircuits located therein, the control circuit (2) having a higher-level programming and Control unit (1) is connected upstream, operated according to the method Claim 1 to 22nd , characterized in that at least one actively switching actuator (5-1, 5-2) is connected to a control circuit (2) through the control signal lines (7-1, 7-2) and the control circuit (2) receives measured variables from the circuit breaker arrangement ( 3) and control sequences for the actively switching actuators (5-1, 5-2) via control signal lines (7-1, 7-2) depending on the signal on the control input interface (18) and programming interfaces (19, 20) of a higher-level programmer - and control unit (1), the control circuit (2) containing the following assemblies: - a measurement and evaluation circuit (2-2), which has connections to the measurement signal taps (10-1, 10-2, 10-3, 10- 4) and to the signal on the control input interface (18) and via state detection lines (11-1, 11-2) transmits signals to the central control circuit (2-1), which are connected to the beginning and end of the commutation, - the central control circuit (2-1), which is connected to the measuring and evaluation circuit (2-2) via state detection lines (11-1, 11-2) and by at least one signal line (18-1) via the control input interface (18) and by at least one signal line (19-1 ) is in connection with the higher-level programming and control unit (1) for specifying time parameters on the first programming interface (19), - an auxiliary signal circuit (2-3), which is connected to the central control circuit (2-1) through status register output lines (12) , Parameter transfer lines (13-x, with x = 1, 2, 3, 4) and auxiliary signal return lines (14-x, with x = 1,2) and via the signal line (18-1) of the control input interface (18) with the higher-level programming and control unit (1) is connected, - at least two control subcircuits (2-4, 2-5) which are connected to the auxiliary signal circuit (2-3) via auxiliary signal lines (15-1, 15-2), and - at least two driver circuits (2-6, 2-7), which are connected to the control subcircuits (2-4, 2-5) via driver control lines (16-x with x = 1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) and are connected by signal lines (20 -x with x = 1, 2, 3, 4) for specifying partial driver current levels on the second programming interface (20) with the higher-level programming and control unit (1) and via the control signal lines (7-1, 7-2) are connected to the circuit breaker arrangement (3). Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuerschaltung (2-1) aus - einer ersten Teilschaltung (2-1a) als Speicher für den Beginn und das Ende der Kommutierung, - einer zweiten Teilschaltung (2-1b) als Speicher mit einem Regelalgorithmus der digitalen Flankenregelung, - einer dritten Teilschaltung (2-1c) als Speicher und Kombinatorik zum Bestimmen und Speichern eines aktuellen Zustandes der Leistungsschalteranordnung (3) und - einer vierten Teilschaltung (2-1d) als Register für die Kommutierungdauer-Sollwerte besteht.Device according to Claim 23 , characterized in that the central control circuit (2-1) consists of - a first subcircuit (2-1a) as a memory for the beginning and the end of the commutation, - a second subcircuit (2-1b) as a memory with a control algorithm of the digital Edge control, - a third subcircuit (2-1c) as a memory and combinatorial system for determining and storing a current state of the circuit breaker arrangement (3) and - a fourth subcircuit (2-1d) as a register for the commutation duration setpoints. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfssignalschaltung (2-3) zur Erzeugung zeitverzögerter Hilfssignale für die Ansteuerung der nachgeordneten ersten und zweiten Ansteuerteilschaltung (2-4, 2-5) folgende Baugruppen enthält: - eine Vielzahl von Multiplexern, - in einer Kette geschaltete Verzögerungsglieder sowie - einen Demultiplexer, der eingangsseitig mit den Multiplexern in Verbindung steht und von dem aus ausgangsseitig Hilfssignalleitungen (15-1, 15-2) an die Ansteuerteilschaltungen (2-4, 2-5) geführt sind.Device according to Claim 23 , characterized in that the auxiliary signal circuit (2-3) for generating time-delayed auxiliary signals for controlling the downstream first and second control subcircuits (2-4, 2-5) contains the following assemblies: - a plurality of multiplexers, - delay elements connected in a chain and - a demultiplexer which is connected on the input side to the multiplexers and from which auxiliary signal lines (15-1, 15-2) are routed to the control subcircuits (2-4, 2-5) on the output side. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ansteuerteilschaltungen (2-4, 2-5) zur Umcodierung und Pegelwandlung der Hilfssignale auf den Hilfssignalleitungen (15-1, 15-2) für die Treiberschaltungen (2-6, 2-7) dienen und ausgangsseitig Treibersteuerleitungen (16-1a, 16-1b; 16-2a, 16-2b; 16-3a, 16-3b; 16-4a, 16-4b) für die erste und zweite Treiberschaltung (2-6, 2-7) besitzen.Device according to Claim 23 , characterized in that the two control subcircuits (2-4, 2-5) are used for recoding and level conversion of the auxiliary signals on the auxiliary signal lines (15-1, 15-2) for the driver circuits (2-6, 2-7) and on the output side Have driver control lines (16-1a, 16-1b; 16-2a, 16-2b; 16-3a, 16-3b; 16-4a, 16-4b) for the first and second driver circuits (2-6, 2-7) . Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Treiberschaltung (2-6, 2-7) vier Treiberteilstromquellen (17-1a, 17-1b, 17-2a, 17-2b; 17-3a, 17-3b, 17-4a, 17-4b) enthält, an die Treibersteuerleitungen (16-1a, 16-1b; 16-2a, 16-2b; 16-3a, 16-3b; 16-4a, 16-4b) geführt sind, wobei von den Treiberschaltungen (2-6, 2-7) ausgangsseitig jeweils eine Steuersignalleitung (7-1, 7-2) an die aktiv schaltenden Stellglieder (5-1, 5-2) geführt ist.Device according to Claim 23 , characterized in that one driver circuit (2-6, 2-7) has four driver partial current sources (17-1a, 17-1b, 17-2a, 17-2b; 17-3a, 17-3b, 17-4a, 17- 4b) to which driver control lines (16-1a, 16-1b; 16-2a, 16-2b; 16-3a, 16-3b; 16-4a, 16-4b) are routed, the driver circuits (2- 6, 2-7) a control signal line (7-1, 7-2) is routed to the actively switching actuators (5-1, 5-2) on the output side. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass von der übergeordneten Programmier- und Steuereinheit (1) mindestens eine Signalleitung (18-1) der Steuervorgabeschnittstelle (18) an die Hilfssignalschaltung (2-3), mindestens eine Signalleitung (19-1) der ersten Programmierschnittstelle (19) an die vierte Teilschaltung (2-1d) und Signalleitungen (20-1, 20-2, 20-3, 20-4) der zweiten Programmierschnittstelle (20) an die Treiberschaltungen (2-6, 2-7) geführt sind.Device according to Claim 23 , characterized in that from the higher-level programming and control unit (1) at least one signal line (18-1) of the control input interface (18) to the auxiliary signal circuit (2-3), at least one signal line (19-1) of the first programming interface (19 ) to the fourth subcircuit (2-1d) and signal lines (20-1, 20-2, 20-3, 20-4) of the second programming interface (20) are routed to the driver circuits (2-6, 2-7). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiv schaltenden Stellglieder (5-1, 5-2) jeweils eine parallel geschaltete, als passives Stellglied ausgebildete erste und zweite Diode (6-1, 6-2) beinhalten und als Leistungs-MOSFET in der Leistungsschalteranordnung (3) eingesetzt sind.Device according to one of the preceding Claims 23 to 28 , characterized in that the actively switching actuators (5-1, 5-2) each contain a first and second diode (6-1, 6-2) connected in parallel and designed as a passive actuator and as a power MOSFET in the power switch arrangement ( 3) are used. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung von Beginn und Ende der Kommutierung eine Messinduktivität (9) in Form einer vorgegebenen Leitungsinduktivität oder eines konzentrierten Bauelements in Reihe zu den leistungselektronischen Stellgliedern (5-1, 5-2, 6-1, 6-2) eingesetzt ist, wobei über mindestens einen Messsignalabgriff (10-1, 10-2, 10-3, 10-4) die induzierte Spannung von der Ansteuerschaltung (2) gemessen und bewertet wird.Device according to one of the preceding Claims 23 to 29 , characterized in that a measuring inductance (9) in the form of a predetermined line inductance or a concentrated component in series with the power electronic actuators (5-1, 5-2, 6-1, 6-2) is used to measure the start and end of commutation. is used, the induced voltage being measured and evaluated by the control circuit (2) via at least one measuring signal tap (10-1, 10-2, 10-3, 10-4). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Messinduktivität (9) so dimensioniert ist, dass durch eine Stromänderung infolge einer Kommutierung eine auswertbare induzierte Spannung am Messsignalabgriff (10-1) vorhanden ist, wodurch bei jedem Schaltvorgang, bei dem eine Kommutierung zwischen Steuer- und Freilaufpfad stattfindet, ein Spannungsimpuls am Messsignalabgriff (10-1) mit unterschiedlicher Polarität induziert wird.Device according to one of the preceding Claims 23 to 30th , characterized in that the measuring inductance (9) is dimensioned in such a way that an evaluable induced voltage is present at the measuring signal tap (10-1) due to a change in current as a result of commutation, whereby with every switching process in which a commutation takes place between the control and freewheeling path , a voltage pulse is induced at the measuring signal tap (10-1) with different polarity. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerpfad ein Strompfad ist, welcher beim Einschalten des entsprechenden Leistungsschalters für einen Spannungsabfall der Versorgungsspannung (VS) über der induktiven Last (4) sorgt.Device according to one of the preceding Claims 23 to 31 , characterized in that the control path is a current path which, when the corresponding circuit breaker is switched on, ensures a voltage drop in the supply voltage (VS) across the inductive load (4). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilaufpfad ein Strompfad ist, welcher die beiden Anschlüsse der induktiven Last (4) kurzschließt.Device according to one of the preceding Claims 23 to 32 , characterized in that the freewheeling path is a current path which short-circuits the two connections of the inductive load (4). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Bewertungsschaltung (2-2) mit zwei Komparatoren versehen ist, wobei die am Messsignalabgriff (10-1) induzierte Spannung u10-1 in der Mess- und Bewertungsschaltung (2-2) mit zwei Referenzpotenzialen (+Vref, - Vref) jeweils zugeordnet innerhalb der Komparatoren verglichen und somit die Polarität der induzierten Spannung u10-1 festgestellt wird.Device according to one of the preceding Claims 23 to 33 , characterized in that the measuring and evaluation circuit (2-2) is provided with two comparators, the voltage u 10-1 induced at the measuring signal tap (10-1) in the measuring and evaluation circuit (2-2) having two reference potentials (+ Vref, - Vref) each assigned compared within the comparators and thus the polarity of the induced voltage u 10-1 is determined. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Teilschaltung (2-1c) als Speicher und Kombinatorik zum Bestimmen und Speichern des aktuellen Zustandes der Leistungsschalteranordnung (3) den Beginn und das Ende der Kommutierung sowie die Polarität der induzierten Spannung auswertet und den Zustand der Leistungsschalteranordnung (3) auf der Zustandsregisterausgangsleitung (12) ausgibt und bis zum nächsten Schaltereignis speichert.Device according to one of the preceding Claims 23 to 34 , characterized in that the third subcircuit (2-1c) as a memory and combinatorial system for determining and storing the current state of the circuit breaker arrangement (3) evaluates the beginning and end of the commutation and the polarity of the induced voltage and evaluates the state of the circuit breaker arrangement (3 ) on the status register output line (12) and stores it until the next switching event. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Teilschaltung (2-1b) den Regelalgorithmus der digitalen Flankenregelung für die Zeitparameter auf der ersten und zweiten Parameterübergabeleitung (13-1, 13-2) enthält, wobei die Zeitparameter für den jeweils aktuellen Steuerpfad über mehrere Perioden des Signals auf der Steuervorgabeschnittstelle (18) derart adaptiert werden, dass das gemessene Ende der Kommutierung als Istwert entsprechend dem Signal auf den Zustandserfassungsleitungen (11-1, 11-2) mit dem vorgegebenen Ende der Kommutierung als Sollwert entsprechend dem Signal auf der ersten Hilfssignalrückführungsleitung (14-1) für den Einschaltvorgang und dem Signal auf der zweiten Hilfssignalrückführungsleitung (14-2) für den Ausschaltvorgang in zeitliche Übereinstimmung gebracht werden.Device according to one of the preceding Claims 23 to 35 , characterized in that the second subcircuit (2-1b) contains the control algorithm of the digital edge control for the time parameters on the first and second parameter transfer line (13-1, 13-2), the time parameters for the current control path over several periods of the Signal on the control input interface (18) can be adapted in such a way that the measured end of the commutation as the actual value corresponding to the signal on the status detection lines (11-1, 11-2) with the specified end of the commutation as the setpoint corresponding to the signal on the first auxiliary signal feedback line ( 14-1) for the switch-on process and the signal on the second auxiliary signal return line (14-2) for the switch-off process are brought into time correspondence. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle eines Messsignalabgriffs (10-1) an einer eingebrachten Messinduktivität (9) andere schaltungsinterne Messsignalabgriffe (10-2, 10-3, 10-4) vorgesehen sind, die die Spannungen an den Steuersignalleitungen (7-1, 7-2) und am Lastanschluss (8) der Leistungsschalteranordnung (3) messen.Device according to one of the preceding Claims 23 to 36 , characterized in that instead of a measuring signal pick-up (10-1) on an introduced measuring inductance (9), other circuit-internal measuring signal pick-ups (10-2, 10-3, 10-4) are provided, which measure the voltages on the control signal lines (7-1, 7-2) and measure at the load connection (8) of the circuit breaker arrangement (3).
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