DE102023102550A1

DE102023102550A1 - Verfahren zum Betrieb eines Umrichters, Umrichter und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102023102550A1
Application number: DE102023102550.3A
Authority: DE
Inventors: Cornelius RETTNER; Daniel Ruppert; Adrian Amler
Original assignee: Audi AG; Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Current assignee: Audi AG; Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Priority date: 2023-02-02
Filing date: 2023-02-02
Publication date: 2024-08-08
Also published as: CN118432453A; US20240266981A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Umrichters (1) mit mehreren Halbbrücken (2-4), die jeweils zwei Schaltmittel (5, 6) zur Verbindung eines Brückenmittelpunkts (7) der jeweiligen Halbbrücke (2-4) mit einem jeweiligen Gleichspannungspotential (8, 9) umfassen, wobei die Schaltmittel (5, 6) jeweils zwischen einem leitenden und einem sperrenden Schaltzustand (35-37) umschaltbar sind, wobei zwischen verschiedenen Umrichterzuständen (34) umgeschaltet wird, die sich jeweils bezüglich der Schaltzustände (35-37) beider Schaltmittel (5, 6) wenigstens einer der Halbbrücken (2-4) voneinander unterscheiden, wobei wenigstens eines der Schaltmittel (5, 6), insbesondere jedes der Schaltmittel (5, 6), ein bezüglich seines Schaltverhaltens variables Schaltmittel (5, 6) ist, das eine Parallelschaltung zweier voneinander unterschiedlich ausgebildeter Halbleiterschalter (10, 11) umfasst, wobei für wenigstens zwei zeitlich nacheinander erfolgende Umschaltungen des jeweiligen variablen Schaltmittels (5, 6) von dem leitenden in den sperrenden Schaltzustand (35-37) voneinander unterschiedliche Ansteuermuster (21, 22) zur Ansteuerung der Halbleiterschalter (5, 6) genutzt werden und/oder wobei für wenigstens zwei zeitlich nacheinander erfolgende Umschaltungen des jeweiligen variablen Schaltmittels (5, 6) von dem sperrenden in den leitenden Schaltzustand (35-37) mehrere voneinander unterschiedliche Ansteuermuster (23-25) zur Ansteuerung der Halbleiterschalter (10, 11) genutzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Umrichters mit mehreren Halbbrücken, die jeweils zwei Schaltmittel zur Verbindung eines Brückenmittelpunkts der jeweiligen Halbbrücke mit einem jeweiligen Gleichspannungspotential umfassen, wobei die Schaltmittel jeweils zwischen einem leitenden und einem sperrenden Schaltzustand umschaltbar sind, wobei zwischen verschiedenen Umrichterzuständen umgeschaltet wird, die sich jeweils bezüglich der Schaltzustände beider Schaltmittel wenigstens einer der Halbbrücken voneinander unterscheiden. Daneben betrifft die Erfindung einen Umrichter und ein Kraftfahrzeug.
Umrichter werden unter anderem zur Bestromung von Wechselstromverbrauchern aus Gleichspannungsnetzen genutzt. Beispielsweise werden in elektrischen Kraftfahrzeugen Antriebsumrichter genutzt, um Wechselströme, insbesondere einen Drehstrom, für die Antriebsmaschine bereitzustellen. Als Schaltmittel beziehungsweise als aktiver Teil des Schaltmittels werden in der Regel Halbleiterschalter genutzt. Vorwiegend werden aktuell Silizium-IGBTs („insulated-gate bipolar transistor“, beziehungsweise Bipolar-Transistor mit isolierter Gate-Elektrode) genutzt.
Bei einem sperrenden Schaltzustand ist hierbei in der Regel nur der Stromfluss in eine sogenannte Vorwärtsrichtung gesperrt beziehungsweise resultiert in diese Vorwärtsrichtung ein sehr hoher Widerstand. Ein Stromfluss in die der Vorwärtsrichtung entgegengesetzte Rückwärtsrichtung ist typischerweise unabhängig vom Schaltzustand, insbesondere über eine zu dem Halbleiterschalter parallelgeschaltete beziehungsweise eine intrinsische Diode des Schaltmittels, möglich. Im leitenden Schaltzustand ist dann zusätzlich ein Stromfluss in die Vorwärtsrichtung möglich beziehungsweise der Wiederstand des Schaltmittels in die Vorwärtsrichtung ist gegenüber dem sperrenden Schaltzustand deutlich beziehungsweise um mehrere Größenordnungen reduziert.
Zum Erreichen höherer Wirkungsgrade kann es vorteilhaft sein, schneller schaltende Halbleiterschalter, insbesondere Siliziumcarbid MOSFETs (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekte-Transistor) zu nutzen. Die höheren Schaltgeschwindigkeiten können jedoch zu einer stärkeren Belastung der beteiligten Komponenten, beispielsweise der Isolation der Antriebsmaschine, sowie zu einer erhöhten Störaussendung führen. Hierdurch ist gegebenenfalls ein Einsatz von relativ aufwändigen Filtern zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit sowohl auf Gleichspannungsseite als auch auf Wechselspannungsseite des Umrichters erforderlich. Alternativ oder ergänzend kann die Schaltgeschwindigkeit von Siliziumcarbid MOSFETs auch künstlich verlangsamt werden, um die genannten Probleme zu vermeiden beziehungsweise zu minimieren, was z.B. zweckmäßig oder sogar notwendig sein kann, um Siliziumcarbid MOSFETs in üblicher Weise in Antriebsumrichtern von Kraftfahrzeugen zu nutzen.
Prinzipiell ist es auch bekannt, innerhalb eines Umrichters verschiedene Arten von Halbleiterschaltern zu nutzen, um die Eigenschaften des Umrichters für bestimmte Anwendungszwecke zu optimieren. So schlägt beispielsweise die Druckschrift US 2009/0316457 A1 vor, den Brückenmittelpunkt der jeweiligen Halbbrücke über unterschiedliche Arten von Halbleiterschaltern einerseits mit dem positiven und andererseits mit dem negativen Gleichspannungspotential zu verbinden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vereinbarkeit einer Effizienzsteigerung von Gleichrichtern durch kurze Schaltzeiten von in den Halbbrücken genutzten Schaltmitteln einerseits und andererseits einer möglichst geringen Störaussendung beziehungsweise einer möglichst guten elektromagnetischen Verträglichkeit weiter zu verbessern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei wenigstens eines der Schaltmittel, insbesondere jedes der Schaltmittel, ein bezüglich seines Schaltverhaltens variables Schaltmittel ist, das eine Parallelschaltung zweier voneinander unterschiedlich ausgebildeter Halbleiterschalter umfasst, wobei für wenigstens zwei zeitlich nacheinander erfolgende Umschaltungen des jeweiligen variablen Schaltmittels von dem leitenden in den sperrenden Schaltzustand voneinander unterschiedliche Ansteuermuster zur Ansteuerung der Halbleiterschalter genutzt werden und/oder wobei für wenigstens zwei zeitlich nacheinander erfolgende Umschaltungen des jeweiligen variablen Schaltmittels von dem sperrenden in den leitenden Schaltzustand mehrere voneinander unterschiedliche Ansteuermuster zur Ansteuerung der Halbleiterschalter genutzt werden.
Es wurde erkannt, dass bei einem üblichen Betrieb von Umrichtern, beispielsweise bei Nutzung einer Raumzeigermodulation zum Bestromen eines Drehstrommotors, bei unterschiedlichen Wechseln der Umrichterzustände unterschiedlich starke Störaussendungen in das Gleich- beziehungsweise Wechselspannungsnetz beziehungsweise in wenigstens eine wechselspannungsseitig an den Umrichter angeschlossene Komponente, beispielsweise den Drehstrommotor, resultieren. Insbesondere führen Wechsel des Umrichterzustandes, bei denen sich die Schaltzustände mehrerer Halbbrücken ändern, typischerweise zu einer erheblich höheren Störaussendung als Wechsel des Halbleiterzustandes, bei denen sich beispielsweise nur der Schaltzustand einer einzigen Halbbrücke ändert. Bei Nutzung einer Raumzeigermodulation ist beispielsweise der Wechsel zum sogenannten beziehungsweise vom sogenannten Nullzeiger, also von beziehungsweise aus Zuständen, in denen alle Brückenmittelpunkte mit dem gleichen Gleichspannungspotential verbunden sind, hochrelevant für die Störaussendung, da hier bei Schaltzustandswechsel für zwei oder sogar drei Halbbrücken auftreten können.
Durch geeignete Wahl eines Ansteuermusters für die Halbleiterschalter des jeweiligen Schaltmittels, insbesondere durch Auswahl der Reihenfolge beziehungsweise des zeitlichen Abstands der Ansteuerungen der beiden Halbleiterschalter, kann vorgegeben werden, ob die Schaltgeschwindigkeit, also die Schnelligkeit der Änderung des Widerstandes des Schaltmittels, durch Eigenschaften des erste oder des zweite Schaltmittels vorgegeben oder zumindest dominiert wird.
Bei einem Leitendschalten des Schaltmittels ist die Schaltgeschwindigkeit durch den zuerst schaltenden der beiden Halbleiterschalter beziehungsweise bei im Wesentlichen gleichzeitiger Ansteuerung durch den schneller schaltenden Halbleiterschalter dominiert. Wird der schneller schaltende Halbleiterschalter somit gleichzeitig mit dem langsamer schaltenden Halbleiterschalter oder vor diesem angesteuert, wird der Widerstand des gesamten Schaltmittels somit sehr schnell reduziert, was aus Effizienzgründen vorteilhaft sein kann. Bei einem Schalten des langsamer schaltenden Halbleiterschalters merklich vor dem schneller schaltenden Halbleiterschalter resultiert hingegen ein langsamerer Widerstandsabfall und somit zwar typischerweise eine etwas geringere Effizienz, zugleich jedoch eine geringere Störausstrahlung.
Bei einem sperrend Schalten des jeweiligen Schaltmittels steigt der Widerstand des Schaltmittels in Sperrrichtung, also entgegen der Durchlassrichtung einer typischerweise genutzten, parallelgeschalteten beziehungsweise intrinsischen Diode, dann sehr schnell, wenn der schneller schaltende Halbleiterschalter nach dem langsamer schaltenden Halbleiterschalter angesteuert wird, wodurch eine hohe Effizienz erreicht wird. Wird hingegen der langsamer schaltende Halbleiterschalter gleichzeitig oder nach dem schnell schaltenden Halbleiterschalter angesteuert, erfolgt eine etwas langsamere Widerstandsänderung und es resultierten somit zwar einerseits typischerweise etwas höhere Schaltverluste, andererseits jedoch eine Reduzierung der Störausstrahlung.
Durch Nutzung unterschiedlicher Ansteuermuster zur Ansteuerung der Halbleiterschalter je nach Betriebssituation des Umrichters kann somit in Fällen beziehungsweise bei Umschaltvorgängen, die bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit kritisch sind, also insbesondere dann, wenn mehrere oder alle Halbbrücken umgeschaltet werden sollen, ein langsameres Schalten und somit eine bessere elektromagnetische Verträglichkeit erreicht werden, während in allen anderen Fällen ein schnelleres Schalten und somit eine Effizienzoptimierung erfolgen kann.
Insbesondere können genau zwei oder wenigstens zwei Ansteuermuster für ein Umschalten von dem leitenden zu dem sperrenden Schaltzustand und/oder genau zwei oder wenigstens zwei Ansteuermuster für ein Umschalten von dem sperrenden zu dem leitenden Schaltzustand genutzt werden, aus denen bedarfsgerecht ausgewählt werden kann, um für den jeweiligen Schaltvorgang zwischen schnellem Schalten und somit hoher Effizienz und einer Reduzierung der Störabstrahlung abzuwägen.
Bei dem ersten und zweiten Halbleiterschalter kann es sich um Halbleiterschalter mit voneinander unterschiedlicher Halbleitertechnologie handeln, also beispielsweise um einen MOSFET und einem IGBT, es ist aber auch möglich, dass für beide Halbleiterschalter die gleiche Halbleitertechnologie genutzt wird und sich die Halbleiterschalter beispielsweise bezüglich ihrer Gatterkapazität beziehungsweise eines Gatterwiderstandes unterscheiden, wodurch ebenfalls unterschiedliche Schaltgeschwindigkeiten bzw. Schaltzeiten resultieren oder Ähnliches.
Während des Betriebs des Umrichters kann insbesondere ein zyklischer Wechsel von Umrichterzuständen erfolgen. Hierbei können innerhalb eines Zyklus insbesondere zumindest einige der Umrichterzustände mehrfach genutzt werden. Beispielsweise kann bei einer Raumzeigermodulation jeder Umrichterzustand einem der Raumzeiger entsprechen und benachbarte Raumzeiger beziehungsweise Umrichterzustände können über eine gewisse Zeit abwechselnd mit unterschiedlichen Tastintervallen genutzt werden, um Zwischenwinkel des Raumzeigers auszugeben und/oder es können intermittierend Nullzeiger genutzt werden, um die Amplitude einer bereitgestellten Wechselspannung einzustellen.
Das Ansteuermuster, das bei einem Wechsel des Umrichterzustandes zur Ansteuerung des variablen Schaltmittels oder wenigstens eines der variablen Schaltmittel verwendet wird, um dessen Schaltzustand zu verändern, kann von einer Phase einer an wenigstens einem der Brückenmittelpunkte bereitgestellten oder anliegenden Wechselspannung, und/oder der Phase eines an wenigstens einem der Brückenmittelpunkte bereitgestellten oder zugeführten Wechselstroms, und/oder von der Anzahl der Halbbrücken, deren Schaltmittel bei dem Wechsel des Umrichterzustandes umgeschaltet werden, abhängen.
Die Phase der Wechselspannung beziehungsweise des Wechselstroms korreliert bei einer Raumzeigermodulation beziehungsweise allgemein bei zyklischen Wechseln von Umrichterzuständen mit einem bestimmten Punkt in der Folge der Umrichterzustände beziehungsweise Raumzeiger und somit kann beispielsweise für Abschnitte des Schaltzyklus, für die bei einem stets gleichen Ansteuermuster eine besonders hohe Störaussendung resultieren würde, ein Ansteuermuster gewählt werden, das zu einer geringeren Störausstrahlung führt, insbesondere durch langsamere Schaltvorgänge, wie obig erläutert wurde.
Wie ebenfalls bereits obig erläutert wurde, kann in der Regel davon ausgegangen werden, dass die Stärke der Störaussendung mit der Anzahl der gleichzeitig geschalteten Halbbrücken beim Wechsel des Umrichterzustandes korreliert, so dass durch Berücksichtigung dieser Anzahl besonders robust und einfach die Störaussendung reduzieren kann, wobei zugleich ein negativer Einfluss auf den Wirkungsgrad des Umrichterzustandes gering gehalten werden kann. Beispielsweise kann das Ansteuermuster, das zu einem langsameren Schaltvorgang führt, stets dann genutzt werden, wenn bei einem Umrichter mit drei Halbbrücken, also beispielsweise einem Wechselrichter für Drehstrom, zwei oder mehr Halbbrücken im Wesentlichen gleichzeitig geschaltet werden sollen.
Ein erster der Halbleiterschalter kann eine kürzere Schaltzeit für einen Wechsel von einem sperrenden in einen leitenden Halbleiterschalterzustand und/oder von dem leitenden in den sperrenden Halbleiterschaltzustand aufweisen als ein zweiter der Halbleiterschalter. Als Schaltzeit kann hierbei insbesondere die Zeit von der Vorgabe einer geeigneten Gatterspannung, beispielsweise eines Digitalsignal, bis zum Erreichen des maximalen beziehungsweisen minimalen Widerstands des Halbleiterschalters betrachtet werden. Wie bereits obig erläutert wurde, können unterschiedliche Schaltzeiten insbesondere aus der Nutzung unterschiedlicher Halbleitertechnologien für die Halbleiterschalter, jedoch auch aus unterschiedlichen Gatterwiderständen, Gatterkapazitäten oder anderen Auslegungsunterschieden resultieren.
Als erster Halbleiterschalter kann ein MOSFET, insbesondere ein Siliziumcarbid-MOSFET, verwendet werden. Ergänzend oder alternativ kann als zweiter Halbleiterschalter ein IGBT, insbesondere ein Silizium-IGBT, verwendet werden. Wie bereits erläutert wurde, können durch Siliziumcarbit-MOSFETs besonders kurze Schaltzeiten und somit besonders hohe Wirkungsgrade des Umrichters erreicht werden. Silizium-IGBTs weisen merklich längere Schaltzeiten auf und sind somit zur Reduzierung der Störaussendung durch langsameres Schalten besonders geeignet. Zudem können durch Parallelschaltung der genannten, unterschiedlichen Halbleiterschaltertypen potentiell die Stromtragfähigkeit beziehungsweise das Wärmemanagement im Umrichter verbessert werden.
Zur Ansteuerung der Halbleiterschalter für das Schalten des variablen Schaltmittels oder wenigstens eines der variablen Schaltmittel von dem leitenden in den sperrenden Schaltzustand kann bei Nichterfüllung einer Auslösebedingung, deren Erfüllung insbesondere das Vorliegen eines für die elektromagnetische Verträglichkeit kritischen Umschaltens des Umrichterzustandes indiziert, ein erstes Ansteuermuster verwendet werden und bei Erfüllung der Auslösebedingung ein zweites Ansteuermuster verwendet werden, wobei in dem zweiten Ansteuermuster der zweite Halbleiterschalter ausgehend von dem Zeitpunkt der Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters später angesteuert wird als in dem ersten Ansteuermuster.
Ein für die elektromagnetische Verträglichkeit kritisches Umschalten liegt insbesondere dann vor, wenn durch den durchzuführenden Wechsel des Umrichterzustandes bei Nutzung des ersten Ansteuermusters eine überdurchschnittliche hohe Störaussendung resultieren würde, und/oder dann, wenn mehrere Halbbrücken gleichzeitig geschaltet werden. Die Erfüllung der Auslösebedingung kann somit, wie obig erläutert, insbesondere von der Phase der an wenigstens einem der Brückenmittelpunkte bereitgestellten oder anliegenden Wechselspannung beziehungsweise des dortigen Wechselstroms beziehungsweise von der Anzahl der geschalteten Halbbrücken abhängen. Ergänzend oder alternativ kann die Erfüllung der Auslösebedingung jedoch auch von einer anhand eines Modells abgeschätzten Störaussendung für das Umschalten abhängen beziehungsweise ein Algorithmus der die Auslösebedingung auswertet, kann beispielsweise durch ein Verfahren des Maschinenlernens trainiert sein.
Wie obig erläutert, dominiert beim Sperrendschalten des Schaltmittels der später schaltende Halbleiterschalter die Schaltgeschwindigkeit, wodurch durch Verzögerung des Schaltens des langsamer schaltenden Halbleiterschalters die Störaussendung reduziert werden kann.
Um für unkritische Schaltvorgänge möglichst kurze Schaltzeiten zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, wenn im ersten Ansteuermuster der schneller schaltende Halbleiterschalter nach dem langsamer schaltenden Halbleiterschalter angesteuert wird. Im zweiten Ansteuermuster kann dann eine gleichzeitige Ansteuerung oder eine Umkehrung der Ansteuerreihenfolge erfolgen oder zumindest der Abstand der Ansteuerzeitpunkte verringert werden. Prinzipiell wäre es auch möglich, dass im ersten Ansteuermuster der erste und zweite Halbleiterschalter gleichzeitig angesteuert werden beziehungsweise der zweite Halbleiterschalter bereits nach dem ersten Halbleiterschalter angesteuert wird. In diesem Fall kann im zweiten Ansteuermuster die Ansteuerung des zweiten Halbleiterschalters erst nach der Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters erfolgen beziehungsweise der Zeitabstand der Ansteuerungen kann vergrößert werden.
Zur Ansteuerung der Halbleiterschalter für das Schalten des variablen Schaltmittels oder wenigstens eines der variablen Schaltmittel von dem sperrenden in den leitenden Schaltzustand kann bei Nichterfüllung der oder einer Auslösebedingung, deren Erfüllung insbesondere das Vorliegen eines für die elektromagnetische Verträglichkeit kritischen Umschaltens des Umrichterzustandes indiziert, ein drittes Ansteuermuster verwendet werden und bei Erfüllung der Auslösebedingung ein viertes Ansteuermuster verwendet werden, wobei in dem vierten Ansteuermuster entweder der zweite Halbleiterschalter ausgehend von dem Zeitpunkt der Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters früher angesteuert wird als in dem dritten Ansteuermuster oder ausschließlich der zweite Halbleiterschalter angesteuert wird. Die Bezeichnung der Ansteuermuster als drittes und viertes Ansteuermuster dient ausschließlich der eindeutigen Identifizierung der Ansteuermuster und erfordert nicht notwendig das Vorhandensein beziehungsweise die Nutzung des obig erläuterten ersten und/oder zweiten Ansteuermusters.
Wie bereits obig diskutiert wurde, dominiert bei einem Leitendschalten des jeweiligen Schaltmittels der zuerst schaltende Halbleiterschalter die Schaltgeschwindigkeit des gesamt Schaltmittels, womit zur Reduzierung der Störaussendung das Schalten des langsameren Halbleiterschalters bezüglich des Schaltens des schnelleren Halbleiterschalters vorgezogen werden kann, was eine Verzögerung des Schaltens des schneller schaltenden Halbleiterschalters entspricht.
Werden sehr kurze Schaltphasen genutzt, beispielsweise bei einer kurzen intermittierenden Nutzung von Nullzeigern bei einer Raumzeigermodulation, würde eine solche Verzögerung des Schaltens des ersten Halbleiterschalters potentiell dazu führen, dass dieser nur sehr kurz angeschaltet bleibt beziehungsweise ein Einschalten dieses Halbleiterschalters würde erst dann erfolgen, wenn eigentlich bereits ein Abschalten des Schaltmittels gewünscht wäre. Es ist daher auch möglich, dass als viertes Ansteuermuster ein Ansteuermuster genutzt wird, in dem ausschließlich der zweite Halbleiterschalter angesteuert wird.
Es ist auch möglich, in Abhängigkeit einer voraussichtlichen Haltedauer des einzustellenden Umrichterzustandes auszuwählen, ob ein viertes Ansteuermuster verwendet wird, bei dem der zweite Halbleiterschalter ausgehend von dem Zeitpunkt der Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters früher angesteuert wird als in dem dritten Ansteuermuster oder ein viertes Ansteuermuster verwendet wird, bei dem ausschließlich der zweite Halbleiterschalter angesteuert wird.
Die Erfüllung der Auslösebedingung kann davon abhängen, ob bei dem Wechsel des Umrichterzustandes von einem bisherigen Umrichterzustand zu einem neuen Umrichterzustand der bisherige und/oder der neue Umrichterzustand ein Umrichterzustand ist, in dem jeweils die Brückenmittelpunkte aller Halbbrücken mit dem gleichen Gleichspannungspotential verbunden sind. Dies ist beispielsweise bei den Nullzeigern bei einer Raumzeigermodulation der Fall. Entsprechende Umrichterzustände sind besonders relevant für die elektromagnetische Verträglichkeit, da beim Wechsel zu beziehungsweise aus einem solchen Umrichterzustand häufig mehrere der Halbbrücken geschaltet werden, während beispielsweise bei einer Raumzeigermodulation beim Wechsel zwischen benachbarten Raumzeigern in der Regel nur eine Halbleiterbrücke schaltet.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung einen Umrichter mit mehreren Halbbrücken, die jeweils zwei Schaltmittel zur Verbindung eines Brückenmittelpunkts der jeweiligen Halbbrücke mit einem jeweiligen Gleichspannungspotential umfassen, und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Schaltmittel, wobei wenigstens eines der Schaltmittel, insbesondere jedes der Schaltmittel, ein bezüglich seines Schaltverhaltens variables Schaltmittel ist, das eine Parallelschaltung zweier voneinander unterschiedlich ausgebildeter Halbleiterschalter umfasst, wobei die Steuereinrichtung zur Steuerung der Schaltmittel gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eingerichtet ist.
Der erfindungsgemäße Umrichter ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren kann durch Nutzung eines erfindungsgemäßen Umrichters implementiert werden. Unabhängig davon können zum erfindungsgemäßen Verfahren genannte Merkmale mit den dort genannten Vorteilen auf den erfindungsgemäßen Umrichter übertragen werden und umgekehrt.
Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug, das einen erfindungsgemäßen Umrichter umfasst. Der Umrichter kann insbesondere zur Bestromung eines Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs dienen. Eine Nutzung des Umrichters in Kraftfahrzeugen, insbesondere zur Bestromung eines Antriebsmotors, ist besonders vorteilhaft, da dort relativ starke Ströme umgerichtet werden, wobei potentiell hohe Störaussendungen auftreten können, wobei zugleich hohe Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit gelten.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, das ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßes Umrichters umfasst,
2 eine Detailansicht der Ausgestaltung eines der Schaltmittel in 1,
3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
4 bis 8 verschiedene Ansteuermuster, die in dem in 1 gezeigten Umrichter beziehungsweise dem in 3 gezeigten Verfahren nutzbar sind.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 13, dessen Antriebsmotor 14, der im Beispiel über ein Differential 15 die Räder 16 antreibt, durch einen Umrichter 1 aus einem Gleichstromnetz 18 bestromt wird. Der Umrichter 1 umfasst mehrere Halbbrücken 2-4, die jeweils zwei Schaltmittel 5, 6 zur Verbindung eines jeweiligen Brückenmittelpunkts 7 mit einem jeweiligen Gleichspannungspotential 8, 9 des Gleichspannungsnetzes 18 umfassen.
Um einen hohen Wirkungsgrad des Umrichters 1 zu erreichen, ist es vorteilhaft, Schaltmittel 5, 6 zu nutzen, die relativ kurze Schaltzeiten aufweisen beziehungsweise implementieren können. Wie bereits im allgemeinen Teil diskutiert wurde, führt die Nutzung von Schaltmitteln 5, 6 mit sehr kurzen festen Schaltzeiten jedoch zu einer hohen Störaussendung, insbesondere dann, wenn sich der Schaltzustand mehrerer der Halbbrücken 2-4 gleichzeitig ändert.
Prinzipiell wäre es zwar möglich, die Einkopplung von Störungen in das Gleichspannungsbordnetz 18, das insbesondere ein Hochspannungsnetz sein kann, durch geeignete Wahl des Zwischenkreiskondensators 20 und einen geeigneten Entstörfilter 19 weitgehend zu unterdrücken, was jedoch einen relativ aufwändigen im Entstörfilter 19 erfordern würde. Entsprechend kann auch eine Einkopplung von Störungen in das Wechselspannungsnetz beziehungsweise den Antriebsmotor 14 durch einen geeigneten Entstörfilter 17 weitgehend unterdrückt werden, wobei diesbezüglich jedoch ebenfalls ein relativ hoher technischer Aufwand erforderlich wäre.
In dem Kraftfahrzeug 13 beziehungsweise dem Umrichter 1 werden als Schaltmittel 5, 6 daher variable Schaltmittel 5, 6 genutzt, die, wie in 2 in einer Detailansicht des Schaltmittels 5 dargestellt ist, jeweils zwei Halbleiterschalter 10, 11 umfassen, die zueinander parallel geschaltet sind. Die Hableiterschalter 10, 11 unterscheiden sich im Beispiel bezüglich ihrer Schaltzeiten, also der Zeit, die verstreicht, bis nach Ausgabe eines Steuersignals an das Gatter des jeweiligen Halbleiterschalters 10, 11 durch die Steuereinrichtung 12 bei einem Leitendschalten der minimale Widerstand beziehungsweise bei einem Sperrendschalten der maximale Widerstand in die Sperrrichtung des jeweiligen Halbleiterschalters 10, 11 erreicht wird.
Dies resultiert im Beispiel daraus, dass als erster Halbleiterschalter 10 ein Siliziumcarbid-MOSFET verwendet wird, wobei dieser Halbleitertyp in der Regel deutlich kürzere Schaltzeiten aufweist als der im Beispiel als zweiter Halbleiterschalter 11 verwendete Silizium-IGBT.
Durch Wahl eines geeigneten Ansteuermusters, also insbesondere einer zeitlichen Abfolge der Signalgabe an die Halbleiterschalter 10, 11, kann somit, wie bereits im allgemeinen Teil detailliert erläutert wurde, erreicht werden, dass die Schaltdauer des gesamten Schaltmittels entweder durch das Schaltverhalten des schnell schaltenden ersten Halbleiterschalters 10 dominiert ist oder durch das Schaltverhalten des merklich langsamer schaltenden zweiten Halbleiterschalters 11. Somit kann durch Wahl eines geeigneten Ansteuermusters zwischen einem schnellen und langsamen Schalten des gesamten variablen Schaltmittels 5, 6 gewählt werden.
Ein langsames Schalten des gesamten Schaltmittels 5, 6 kann beispielsweise dann gewählt werden, wenn mehrere der Halbleiterbrücken im Wesentlichen gleichzeitig geschaltet werden sollen, um die hierbei bei einem schnellen Schalten potentiell auftretenden hohen Störaussendungen abzumildern. Bei den in der Regel erheblichen häufiger auftretenden Wechseln von Umrichterzuständen, bei denen nur die Änderungen des Schaltzustandes einer der Halbleiterbrücken 2-4 erforderlich ist, kann hingegen ein Ansteuermuster für ein schnelles Schalten des gesamten Schaltmittels 5, 6 genutzt werden, um Schaltverluste zu minimieren und somit den Wirkungsgrad des Umrichters 1 zu optimieren. Geeignete Ansteuermuster für die verschiedenen Schaltvorgänge werden später noch mit Bezug auf die 4-8 näher erläutert werden.
Ein Ablaufdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb des Umrichters 1 wird im Folgenden mit zusätzlichem Bezug auf 3 erläutert.
Hierbei wird beispielhaft davon ausgegangen, dass die Ansteuerung des Umrichters 1 und somit insbesondere die Wahl des jeweils als nächstes zu nutzenden Umrichterzustandes 34 gemäß einer Raumzeigermodulation und somit in Abhängigkeit einer Phase 32 und einer Amplitude 33 des bereitzustellenden Wechselstroms erfolgt. Diese Größen werden in Schritt S1 entweder durch einen Phasenzähler der Steuereinrichtung 12 selbst oder über eine nicht gezeigte externe Einrichtung vorgegeben.
In Schritt S2 wird auf Basis der Phase 32 und der Amplitude 33 für den aktuellen Zeitpunkt jeweils ein einzunehmender Umrichterzustand 34 bestimmt, der die Schaltzustände 35-37 der Schaltmittel 5, 6 aller Halbbrücken vorgibt. Im Beispiel wird hierbei davon ausgegangen, dass die zwei Schaltmittel 5, 6 einer jeweiligen Halbbrücke 2-4 jeweils gegengleich zueinander geschaltet sind, also dass bei einem sperrenden Zustand des Schaltmittels 5 das Schaltmittel 6 im leitenden Zustand ist und umgekehrt. Dies ist zweckmäßig, da in der Regel der Brückenmittelpunkt 7 der jeweiligen Halbbrücke stets auf einem definierten Potential liegen soll und ein Kurzschluss durch Leitendschalten beider Schaltmittel 5, 6 vermieden werden soll. Daher ist der Umrichterzustand 34 im Beispiel durch drei Schaltzustände 35 - 37 vollständig definiert.
In Schritt S2 kann optional zusätzlich die Anzahl 38 der Schaltbrücken 2-4 ermittelt werden, deren Schaltmittel 5, 6 bei dem Wechsel des Umrichterzustandes 34 vom bisherigen Umrichterzustand 34 auf den nun gewünschten Umrichterzustand 34 umgeschaltet werden. Diese Anzahl ist ein besonders robustes und einfaches Maß für die Kritikalität des Umschaltvorgangs bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit beziehungsweise für das Maß der Störaussendung beim einem entsprechenden Schaltvorgang und somit hochrelevant für die später noch erläuterte Wahl des Ansteuermusters 21-25.
Die folgenden Schritte S3 bis S11 werden der Einfachheit halber nur für ein einzelnes Schaltmittel, beispielsweise das Schaltmittel 5, das umgeschaltet werden soll, erläutert. Diese Schritte werden im Beispiel bei der Ausführung des Verfahrens für alle Schaltmittel 7, 8 aller Halbbrücken 2, 4, deren jeweiliger Schaltzustand 35-37 verändert werden soll, durchlaufen.
In Schritt S3 erfolgt zunächst eine Prüfung, ob es sich bei der vorzunehmen Umschaltung des jeweiligen Schaltmittels 7, 8 um eine Umschaltung von einem leitenden in einen sperrenden Schaltzustand 35-37 handelt. In diesem Fall wird das Verfahren in Schritt S4 fortgesetzt und anderenfalls, also bei einem Umschalten von einem sperrenden in einen leitenden Schaltzustand 35-37 in Schritt S7.
In Schritt S4 wird geprüft, ob eine Auslösebedingung 39 erfüllt ist, deren Erfüllung insbesondere indizieren kann, dass der aktuelle Umschaltvorgang kritisch bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit des Umrichters 1 ist. Im einfachsten Fall kann hierzu die in Schritt S2 ermittelte Anzahl 38 mit einem Grenzwert verglichen werden und es können beispielsweise alle Umschaltvorgänge als kritisch betrachtet werden beziehungsweise die Auslösebedingung 39 kann für Umschaltvorgänge erfüllt sein, bei denen Schaltmittel 5, 6 von zwei oder mehr der Halbbrücken 2-4 geschaltet werden.
Alternativ könnte eine solche Kritikalität beispielsweise unmittelbar aus der Phase 32, insbesondere unter Berücksichtigung der Amplitude 33, ermittelt werden beziehungsweise es könnten beispielsweise ausschließlich Schaltvorgänge als kritisch angesehen werden, bei denen ein Wechsel aus oder in einen Umrichterzustand 34 erfolgt, in dem die Brückenmittelpunkte 7 aller Halbbrücken 2-4 mit dem gleichen der Gleichspannungspotentiale 8, 9 verbunden sind, also beispielsweise bei einem Wechsel zu beziehungsweise von einem sogenannten Nullzeiger bei einer Raumzeigermodulation.
Ist die Auslösebedingung 39 in Schritt S4 nicht erfüllt, so wird das Schaltmittel 5, 6 beziehungswerden werden seine Halbleiterschalter 10, 11 gemäß einem Ansteuermuster 21 angesteuert, das zu einer schnellen Widerstandsänderung des Schaltmittels 5, 6, also zu einem schnellen Schalten führt. Ein Beispiel für ein entsprechendes Ansteuermuster 21 ist in 4 dargestellt, wobei auf der x-Achse 26 die Zeit und auf der y-Achse 27 die durch die Steuereinrichtung 12 vorgegebene jeweilige Gatterspannung 28, 29 für die Halbleiterschalter 10, 11 gezeigt ist, wobei die Kurven für die Gatterspannungen 28, 29 aus Übersichtlichkeitsgründen in y-Richtung zueinander versetzt dargestellt sind. Die Gatterspannung 29 wird dem Gatter des ersten Halbleiterschalters 10 zugeführt und die Gatterspannung 28 dem Gatter des zweiten Halbleiterschalters 11. Wie bereits obig erläutert wurde, schaltet der erste Halbleiterschalter 10 im Beispiel deutlich schneller als der zweite Halbleiterschalter 11.
Wie in 4 zu erkennen ist, liegt der Zeitpunkt 31, zu dem der zweite Halbleiterschalter 11 angesteuert wird, um diesen in den sperrenden Zustand zu überführen, merklich vor dem Zeitpunkt 30, zu dem eine solche Ansteuerung für den ersten Halbleiterschalter erfolgt. Aufgrund der in 2 dargestellten Parallelschaltung der Halbleiterschalter 10, 11 führt das Schalten des zweiten Halbleiterschalters 11 zum Zeitpunkt 31 allenfalls zu einer geringen Widerstandsänderung des jeweiligen Schaltmittels 5, 6 und der Schaltvorgang ist durch das Sperrendschalten des ersten Halbleiterschalters 10 zum Zeitpunkt 30 geprägt.
Da der erste Halbleiterschalter 10 im Beispiel ein schnell schaltender Halbleiterschalter 10 ist, resultiert ein schnelles und somit energieeffizientes Schalten des gesamten Schaltmittels 5, 6. Dieses schnelle Schalten führt zwar für das einzelne Schaltmittel 5, 6 beziehungsweise die einzelne Schaltbrücken 2-4 zu einer relativ hohen Störaussendung. Da das Ansteuermuster 21 jedoch nur in bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit unkritischen Betriebssituationen, beispielsweise dann, wenn nur eine der Halbbrücken 2-4 geschaltet wird, verwendet wird, ist dies unproblematisch und es können dennoch relativ einfach aufgebaute Entstörfilter 17, 19 verwendet werden.
Ist die Auslösebedingung 39 in Schritt S4 hingegen erfüllt, beispielsweise weil Schaltmittel 5, 6 von mehreren der Halbbrücken 2-4 gleichzeitig geschaltet werden sollen, wird stattdessen in Schritt S6 ein Ansteuermuster 22 zur Ansteuerung der Halbleiterschalter 10, 11 genutzt, das zu einem etwas langsameren Schalten des jeweiligen Schaltmittels 5, 6 führt. Hierdurch resultiert zwar eine etwas höhere Verlustleistung, zugleich kann jedoch die Störaussendung durch das jeweilige Schaltmittel 5, 6 merklich reduziert werden, so dass bei einer Nutzung eines solchen Ansteuermusters 22 beim Schalten von mehreren der Halbbrücken 2-4 die maximal durch den Umrichter 1 verursachte Störaussendung merklich reduziert werden kann.
Ein Beispiel für ein geeignetes Ansteuermuster 22 ist in 5 dargestellt. Das dort gezeigte Ansteuermuster 22 entspricht, abgesehen von den Zeitpunkten 30, 31, zu denen jeweils die Ansteuerung des ersten beziehungsweise zweiten Halbleiterschalters 10, 11 erfolgt, dem in 4 gezeigten Ansteuermuster 21, so dass im Folgenden nur die Wirkung der unterschiedlichen Ansteuerzeitpunkte näher erläutert werden soll.
Wie in 5 zu erkennen ist, liegt beim Ansteuermuster 22 der Zeitpunkt 30, an dem der erste Halbleiterschalter 10 angesteuert wird, um diesen sperrend zu schalten, merklich vor dem Zeitpunkt 31, zu dem eine solche Ansteuerung für den zweiten Halbleiterschalter 11 erfolgt. Aufgrund der Parallelschaltung der Halbleiterschalter 10, 11 verbleibt das Schaltmittel 5, 6 nach dem sperrend Schalten des Halbleiterschalters 10 im Wesentlichen in dem leitenden Zustand. Ein Umschalten in den sperrenden Zustand erfolgt erst mit dem Ansteuern des Halbleiterschalters 11 zum Zeitpunkt 31. Aufgrund des Schaltverhaltens des Halbleiterschalters 11 resultiert somit für das Gesamtschaltverhalten des Schaltmittels 5, 6 ein merklich langsameres Umschalten vom leitenden in den sperrenden Zustand als im Fall des Ansteuermusters 21, wodurch eine Störaussendung reduziert werden kann.
Soll hingegen ein Schalten des jeweiligen Schaltmittels 5, 6 von dem sperrenden in den leitenden Schaltzustand 35-37 erfolgen, so wird zunächst in Schritt S7 ebenfalls die Auslösebedingung 39 geprüft. Hierbei gilt das bereits zu Schritt S4 Gesagte.
Ist die Auslösebedingung nicht erfüllt, so erfolgt in Schritt S8 eine Ansteuerung der Halbleiterschalter 10, 11 durch ein Schaltmuster 23, das insgesamt zu einem schnellen Abschalten des Schaltmittels 5, 6 führt, wodurch eine geringe Verlustleistung erreicht wird, jedoch eine relativ hohe Störaussendung resultieren kann. Dies ist jedoch unproblematisch, da die Nichterfüllung der Auslösebedingung 39 indiziert, dass der aktuelle Umschaltvorgang nicht kritisch bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit ist, beispielsweise da nur eine der Halbbrücken 2-4 geschaltet wird..
Ein Beispiel für ein geeignetes Ansteuermuster 23 ist in 6 dargestellt. Die Darstellung entspricht im Wesentlichen der obig diskutierten Darstellung der Ansteuermuster 21, 22 in den 4 und 5, so dass im Folgenden nur die Unterschiede erläutert werden sollen.
Zunächst ist erkennbar, dass die Gatterspannungen 28, 29 im Gegensatz zu den bisher diskutierten Ansteuermustern 21, 22 im Beispiel erhöht werden, da im Gegensatz zu den Ansteuermustern 21, 22 kein Sperrendschalten sondern ein Leitendschalten erfolgen soll. Die Zeitpunkte 30, 31, zu denen eine Ansteuerung des ersten und zweiten Halbleiterschalters 10, 11 erfolgt, sind im Beispiel im Ansteuermuster 23 identisch. Alternativ wäre es beispielsweise auch möglich, den Zeitpunkt 31 der Ansteuerung des zweiten Halbleiterschalters 11 gegenüber dem Zeitpunkt 30 zeitlich weiter nach hinten zu verlegen. Unabhängig davon, ob die Zeitpunkte 30, 31 zeitgleich sind oder ob der Zeitpunkt 31 hinter dem Zeitpunkt 30 liegt, ist in beiden Fällen der Schaltvorgang des gesamten Schaltmittels 5, 6, also insbesondere dessen zeitliche Widerstandsänderung, vom Schaltvorgang des ersten Halbleiterschalters 10 geprägt, da dessen Schaltvorgang zumindest deutlich von dem Schaltvorgang des zweiten Halbleiterschalters 11 abgeschlossen ist und somit das langsame Schaltverhalten des zweiten Halbleiterschalters 11 den Gesamtwiderstand des Schaltmittels 5, 6 nur noch unwesentlich ändert. Somit resultiert ein schnelles und somit effizientes, jedoch relativ störintensives Schalten, wie obig erläutert wurde.
Ist die Auslösebedingung 39 hingegen in Schritt S7 erfüllt, so ist es gewünscht, dass der langsame Schaltvorgang des Halbleiterschalters 11 den Schaltvorgang des gesamten Schaltmittels 5, 6 dominiert, was dann der Fall ist, wenn der Schaltvorgang dieses Halbleiterschalters 11 im Wesentlichen bereits vollständig abgeschlossen ist, bevor der Halbleiterschalter 10 angesteuert wird. Dies kann beispielsweise durch das in 7 dargestellte Ansteuermuster 24 erreicht werden, das abgesehen von einer unterschiedlichen Wahl der Zeitpunkte 30, 31 für die Ansteuerung des ersten und zweiten Halbleiterschalters 10, 11 dem Ansteuermuster 23 entspricht. Der Zeitpunkt 31, zu dem der zweite Halbleiterschalter 11 angesteuert wird, liegt hierbei merklich vor dem Zeitpunkt 30, zu dem der erste Halbleiterschalter 10 angesteuert wird, wodurch der obig erläuterte Effekt erreicht wird, also ein langsameres Schalten mit zwar geringerer Effizienz aber auch einer geringeren Störaussendung als sie für das Ansteuermuster 23 erreicht wird.
Soll der Umrichterzustand 34, der durch den Schaltvorgang eingestellt wird, nur sehr kurz beibehalten werden, kann es jedoch sein, dass der im Ansteuermuster 24 genutzte Zeitabstand zwischen den Zeitpunkten 31 und 30 dazu führen würde, dass der Zeitpunkt 30 sehr nahe an einem Zeitpunkt liegt, an dem das entsprechende Schaltmittel 5, 6 bereits wieder sperrend geschalten werden soll beziehungsweise dass zu diesem Zeitpunkt 30 bereits wieder ein sperrender Zustand vorliegen soll. Daher kann statt dem in 7 gezeigten Ansteuermuster 24 auch das in 8 gezeigte Ansteuermuster 25 verwendet werden, bei dem ausschließlich eine Ansteuerung des zweiten Halbleiterschalters 11 zur Änderung seines Schaltzustandes durch die Änderung der Gatterspannung 28 erfolgt, während die Gatterspannung 29 für den ersten Halbleiterschalter 10 im Wesentlichen konstanter bleibt und somit keine Ansteuerung beziehungsweise Zustandsänderung dieses Halbleiterschalters 10 erfolgt. Entsprechend wird bei Nutzung des Ansteuermusters 25 bei einem anschließenden Sperrendschalten des jeweiligen Schaltmittels 5, 6 in diesem Fall ebenfalls nur der Schaltzustand des zweiten Halbleiterschalters 11 geändert, da der erste Halbleiterschalter 10 in diesem Fall durchgehend sperrend bleibt.
Aus den genannten Gründen kann in Schritt S9 zunächst geprüft werden, ob eine voraussichtliche Zeit, für die der Umrichterzustand 34 beibehalten wird beziehungsweise für die ein leitender Schaltzustand 35-37 des jeweiligen Schaltmittels voraussichtlich beibehalten werden soll, unterhalb eines Grenzwerts liegt. Ist dies nicht der Fall, so kann in Schritt S10 das Ansteuermuster 24 genutzt werden, dass aufgrund der Leitendschaltung beider Schaltmittel 5, 6 potentiell besonders geringe Verluste ermöglicht. Wird der Zeitgrenzwert in Schritt S9 hingegen unterschritten, so kann in Schritt S11 das Ansteuermuster 25 genutzt werden.
Nachdem in einem der Schritte S5, S6, S8, S10 oder S11 eine Ansteuerung der Halbleiterschalter 10, 11 durch das ausgewählte Ansteuermuster 21-25 erfolgt ist, kann das Verfahren ab Schritt S1 wiederholt werden, wobei insbesondere zumindest die Phase 32 automatisch gemäß der verstrichenen Zeit angepasst wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2009/0316457 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Umrichters (1) mit mehreren Halbbrücken (2-4), die jeweils zwei Schaltmittel (5, 6) zur Verbindung eines Brückenmittelpunkts (7) der jeweiligen Halbbrücke (2-4) mit einem jeweiligen Gleichspannungspotential (8, 9) umfassen, wobei die Schaltmittel (5, 6) jeweils zwischen einem leitenden und einem sperrenden Schaltzustand (35-37) umschaltbar sind, wobei zwischen verschiedenen Umrichterzuständen (34) umgeschaltet wird, die sich jeweils bezüglich der Schaltzustände (35-37) beider Schaltmittel (5, 6) wenigstens einer der Halbbrücken (2-4) voneinander unterscheiden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Schaltmittel (5, 6), insbesondere jedes der Schaltmittel (5, 6), ein bezüglich seines Schaltverhaltens variables Schaltmittel (5, 6) ist, das eine Parallelschaltung zweier voneinander unterschiedlich ausgebildeter Halbleiterschalter (10, 11) umfasst, wobei für wenigstens zwei zeitlich nacheinander erfolgende Umschaltungen des jeweiligen variablen Schaltmittels (5, 6) von dem leitenden in den sperrenden Schaltzustand (35-37) voneinander unterschiedliche Ansteuermuster (21, 22) zur Ansteuerung der Halbleiterschalter (5, 6) genutzt werden und/oder wobei für wenigstens zwei zeitlich nacheinander erfolgende Umschaltungen des jeweiligen variablen Schaltmittels (5, 6) von dem sperrenden in den leitenden Schaltzustand (35-37) mehrere voneinander unterschiedliche Ansteuermuster (23-25) zur Ansteuerung der Halbleiterschalter (10, 11) genutzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuermuster (21-25), das bei einem Wechsel des Umrichterzustandes (34) zur Ansteuerung des variablen Schaltmittels (5, 6) oder wenigstens eines der variablen Schaltmittel (5, 6) verwendet wird, um dessen Schaltzustand (35-37) zu verändern, von einer Phase (32) einer an wenigstens einem der Brückenmittelpunkte (7) bereitgestellten oder anliegenden Wechselspannung, und/oder der Phase (32) eines an wenigstens einem der Brückenmittelpunkte bereitgestellten oder zugeführten Wechselstroms, und/oder von der Anzahl der Halbbrücken (2-4), deren Schaltmittel (5, 6) bei dem Wechsel des Umrichterzustandes (34) umgeschaltet werden, abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster der Halbleiterschalter (10, 11) eine kürzere Schaltzeit für einen Wechsel von einem sperrenden in einen leitenden Halbleiterschalterzustand und/oder von dem leitenden in den sperrenden Halbleiterschaltzustand aufweist als ein zweiter der Halbleiterschalter (10, 11).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Halbleiterschalter (10) ein MOSFET, insbesondere ein Siliziumcarbid-MOSFET, verwendet wird, und/oder dass als zweiter Halbleiterschalter (11) ein IGBT, insbesondere ein Silizium-IGBT, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung der Halbleiterschalter (10, 11) für das Schalten des variablen Schaltmittels (5, 6) oder wenigstens eines der variablen Schaltmittel (5, 6) von dem leitenden in den sperrenden Schaltzustand (35-37) bei Nichterfüllung einer Auslösebedingung (39), deren Erfüllung insbesondere das Vorliegen eines für die elektromagnetische Verträglichkeit kritischen Umschaltens des Umrichterzustandes (34) indiziert, ein erstes Ansteuermuster (21) verwendet wird und bei Erfüllung der Auslösebedingung (39) ein zweites Ansteuermuster (22) verwendet wird, wobei in dem zweiten Ansteuermuster (22) der zweite Halbleiterschalter (11) ausgehend von dem Zeitpunkt der Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters (10) später angesteuert wird als in dem ersten Ansteuermuster (21).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung der Halbleiterschalter (10, 11) für das Schalten des variablen Schaltmittels (5, 6) oder wenigstens eines der variablen Schaltmittel (5, 6) von dem sperrenden in den leitenden Schaltzustand (35-37) bei Nichterfüllung der oder einer Auslösebedingung (39), deren Erfüllung insbesondere das Vorliegen eines für die elektromagnetische Verträglichkeit kritischen Umschaltens des Umrichterzustandes (34) indiziert, ein drittes Ansteuermuster (23) verwendet wird und bei Erfüllung der Auslösebedingung (39) ein viertes Ansteuermuster (24, 25) verwendet wird, wobei in dem vierten Ansteuermuster (24, 25) entweder der zweite Halbleiterschalter (11) ausgehend von dem Zeitpunkt der Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters (10) früher angesteuert wird als in dem dritten Ansteuermuster (23) oder ausschließlich der zweite Halbleiterschalter (11) angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfüllung der Auslösebedingung (39) davon abhängt, ob bei dem Wechsel des Umrichterzustandes (34) von einem bisherigen Umrichterzustand (34) zu einem neuen Umrichterzustand (34) der bisherige und/oder der neue Umrichterzustand (34) ein Umrichterzustand (34) ist, in dem jeweils die Brückenmittelpunkte (7) aller Halbbrücken (2-4) mit dem gleichen Gleichspannungspotential (8, 9) verbunden sind.
Umrichter mit mehreren Halbbrücken (2-4), die jeweils zwei Schaltmittel (5, 6) zur Verbindung eines Brückenmittelpunkts (7) der jeweiligen Halbbrücke (2-4) mit einem jeweiligen Gleichspannungspotential (8, 9) umfassen, und einer Steuereinrichtung (12) zur Steuerung der Schaltmittel (5, 6), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Schaltmittel (5, 6), insbesondere jedes der Schaltmittel (5, 6), ein bezüglich seines Schaltverhaltens variables Schaltmittel (5, 6) ist, das eine Parallelschaltung zweier voneinander unterschiedlich ausgebildeter Halbleiterschalter (10, 11) umfasst, wobei die Steuereinrichtung (12) zur Steuerung der Schaltmittel (5, 6) gemäß dem Verfahren eines der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.
Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Umrichter (1) nach Anspruch 8 umfasst.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (1) zu Bestromung eines Antriebsmotors (14) des Kraftfahrzeugs (13) dient.