控制器、逆变器、包括逆变器和电机的组件、操作逆变器的方法以及计算机程序技术

为电机（3）供电的逆变器（2）的控制器（8），控制器（8）设计为提供具有载波频率的脉宽调制开关信号（15），以致动逆变器（2）的开关元件（12），控制器（8）设计为获取描述逆变器（2）直流侧电压的电压信息（17）和至少在直流侧电压的电压区间（23）内以及至少在控制器（8）的运行模式期间来确定载波频率作为电压信息（17）的函数，按照此方式载波频率随着直流侧电压的降低而升高。而升高。而升高。

【技术实现步骤摘要】
控制器、逆变器、包括逆变器和电机的组件、操作逆变器的方法以及计算机程序


[0001]本专利技术涉及一种为电机供电的逆变器的控制器，该控制器适用于提供具有载波频率的脉宽调制开关信号，以致动逆变器的开关元件。
[0002]另外，本专利技术涉及一种逆变器、包括逆变器和电机的组件、操作逆变器的方法以及计算机程序。

技术介绍

[0003]由于电驱动车辆的重要性日益增加，用于该应用领域的逆变器和相关的控制器已成为工业发展努力的重点。这种控制器是已知的，其提供具有恒定载波频率的脉宽调制开关信号以致动逆变器的开关元件。
[0004]逆变器的一个重要元件为其中间电路电容器。其应提供尽可能恒定的中间电路电压。开关元件的高频开关操作产生高频电流，该高频电流理想地流过中间电路电容器，而直流电压源理想地提供完全为直流电的电流。因此中间电路电容器充当滤波器。然而，高频电容器电流在中间电路电容器处产生高频纹波电压。中间电路电容器的电容量越高以及中间电路电容器的内电阻越低，则纹波电压越低。然而即使增加电容量，中间电路电容器所需的空间、其重量以及制造成本也会增加。这导致不期望的高成本，尤其是应用在电动汽车领域时。

技术实现思路

[0005]因此本专利技术解决了涉及更经济地实现逆变器的可能性的问题，其中特别减小了中间电路电容器的安装空间、并降低了重量和成本。
[0006]根据本专利技术，通过开头提到的类型的控制器来解决该问题，该控制器设计为获得描述逆变器的直流侧电压的电压信息，并至少在直流侧电压的电压区间内以及至少在控制器的运行模式期间根据电压信息来确定载波频率，以便载波频率随着直流侧电压的降低而升高。
[0007]本专利技术基于以下发现：在逆变器的中间电路电容器处的纹波电压的峰谷值非常明显地由直流侧电压和脉宽调制开关信号的载波频率来确定。已经发现，一方面，由于脉宽调制的调制指数变化，纹波电压的峰谷值在低直流侧电压下比在高直流侧电压下更高，另一方面，随着载波频率的升高，纹波电压的峰谷值降低。因此，例如在为逆变器供电的电池提前放电的情况下，根据本专利技术控制器设计为载波频率随着直流侧电压的降低而升高，因而抵消纹波电压的峰谷值的增加。
[0008]因此，当使用根据本专利技术的控制器时，对于在低中间电路电压下产生中间电路电压的高峰谷值来说，不必再设计逆变器的中间电路电容器的电容量。与使用传统的控制器相比，可使用更节省空间、更轻且更便宜的中间电路电容器，这有利于更经济地实现逆变器。
[0009]在这种情况下，应该注意的是，载波频率的升高确实导致了开关元件的开关损耗的增加。然而，这些开关损耗随着直流侧电压的降低而再次减小。此外，直流侧电压与载波频率的变化对逆变器中传导损耗的影响可忽略不计。至少对于实际相关的操作情况，由于根据本专利技术实现载波频率随着直流侧电压的降低而升高，因此能实现中间电路电压的峰谷值的降低，而不因此使由开关损耗和传导损耗组成的总损耗增加超过在最大预期直流侧电压下产生的值。
[0010]优选地，根据本专利技术控制器设计为在运行模式期间，将高于电压区间上限的载波频率确定为固定基频。因此，可为高直流侧电压指定基频，直到电压区间落到低于电压区间的上限，并且载波频率只有在电压区间落到低于上限之后才升高。
[0011]作为替代方案或另外，根据本专利技术控制器可设计为：将在运行模式期间低于电压区间下限的载波频率确定为固定最大频率。因此，在电压区间落到低于电压区间下限之后，可为低直流侧电压指定最大频率。这防止载波频率在非常低的直流侧电压下达到不期望的高电平。
[0012]当然，也可想到电压区间能覆盖从零伏到最大预期的直流侧电压的范围。
[0013]为了能够根据本专利技术更经济地实施控制器，控制器优选地设计为从将载波频率的值分配给直流侧电压的值的特征图中选择载波频率。可以通过例如查找表来设置特征图。通常，控制器具有其中存储有特征图的存储单元。
[0014]特征图还可设为描述直流侧电压的值和载波频率的值之间的至少部分线性关联。可替代地，能通过直流侧电压的离散值来定义特征图，并且能将控制器设计成通过与离散值相关的载波频率的值的特别线性插值来确定载波频率。
[0015]作为使用特征图的替代方案，根据本专利技术控制器可设计为通过分析计算规则来确定载波频率，基于该分析计算规则根据直流侧电压的函数可确定载波频率。
[0016]可例如通过测量或模拟逆变器和电机的特定配置来确定特征图或计算规则。
[0017]还有利的是，如果根据本专利技术的控制器设计为根据描述运行点的运行点信息采取第二运行模式，运行点由电机的速度和转矩定义，该第二运行模式不同于第一运行模式并且描述部分负载运行，并控制器设计为在第二工作模式下永久指定载波频率或根据运行点确定载波频率。这样能防止在低直流侧电压下逆变器或电机的部分负载效率降低。
[0018]原则上，也可根据运行点在第一运行模式中确定载波频率。
[0019]根据本专利技术的控制器还可设计为在接收到更新的电压信息时和/或在经过预定的或可预定的时间段之后和/或在完成电机的电周期之后和/或在完成开关信号周期之后，确定更新的载波频率。这样载波频率可在适当的时间适应直流侧电压。
[0020]直流侧电压能是给逆变器供电的直流电压源(特别是电池)的输出电压或中间电路电压。
[0021]控制器原则上可包括被设计为用于检测直流侧电压并提供电压信息的测量器。然而优选地，控制器具有输入端，在该输入端上可从外部测量器获得电压信息。
[0022]通过逆变器进一步解决本专利技术所描述的问题，该逆变器包括中间电路电容器、互相连接的开关元件、以及根据本专利技术的控制器，开关元件互相连接以便根据致动开关元件的开关信号将施加到中间电路电容器的电压转换为单相或多相交流电压。
[0023]中间电路电容器可由单个电容器元件或由相互串联和/或并联的多个电容器元件
形成。
[0024]逆变器也可包括模数转换器，该模数转换器设计为将模拟测量信号转换为数字电压信息。
[0025]本专利技术所描述的问题也通过具有根据本专利技术的逆变器和通过交流电压可运行的电机的组件来解决。
[0026]优选地，在组件运行期间载波频率的确定满足以下关系：其中表示在载波频率f
PWM,n
(n＝1,2)下施加到中间电路电容器的电压的峰谷值，f
PWM,1
表示第一载波频率，以及f
PWM,2
表示第二载波频率。
[0027]本专利技术所描述的问题进一步地通过用于操作为电机供电的逆变器的方法来解决，该方法包括由控制器执行的以下步骤：获取描述逆变器直流侧电压的电压信息；根据电压信息确定脉宽调制开关信号的载波频率来启动逆变器，使得载波频率随着直流侧电压的降低而升高；以及为逆变器的开关元件提供开关信号。
[0028]根据本专利技术的方法还可包括以下步骤：检查直流侧电压是否位于电压区间内，之后如果直流侧电压处于电压区间内，则根据电压信息确定载波频率。如果直流侧电压高于电压区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于为电机(3)供电的逆变器(2)的控制器(8)，所述控制器(8)设计为提供具有载波频率的脉宽调制开关信号(15)，以致动所述逆变器(2)的开关元件(12)，其特征在于，所述控制器(8)设计为获取描述所述逆变器(2)的直流侧电压的电压信息(17)和至少在所述直流侧电压的电压区间(23)内以及至少在所述控制器(8)的运行模式期间根据所述电压信息(17)来确定所述载波频率，以便所述载波频率随着所述直流侧电压的降低而升高。2.根据权利要求1所述的控制器，在运行模式期间所述控制器确定所述载波频率的以下情况：-当高于所述电压区间(23)的上限(22)时为固定基频(21)和/或-当低于所述电压区间(23)的下限(24)时为固定最大频率(25)。3.根据权利要求1或2所述的控制器，所述控制器设计为从将所述载波频率的值与所述直流侧电压的值相关联的特征图中选择所述载波频率。4.根据权利要求3所述的控制器，其中-所述特征图描述所述直流侧电压的所述值和所述载波频率的所述值的至少部分线性关联，或-所述特征图通过所述直流侧电压的离散值被定义，并且所述控制器(8)设计成特别是通过与所述离散值相关的所述载波频率的所述值的线性插值来确定所述载波频率。5.根据权利要求1或2所述的控制器，所述控制器设计为通过分析计算规则来确定所述载波频率，基于所述分析计算规则通过所述直流侧电压能确定所述载波频率。6.根据前述权利要求中任一项所述的控制器，所述控制器设计为根据描述运行点的运行点信息采取第二运行模式，所述运行点由所述电机(3)的速度和转矩定义，所述第二运行模式不同于第一运行模式并且描述部分负载运行，并所述控制器设计为在所述第二工作模式下永久指定所述载波频率或根据所述运行点确定所述载波频率。7.根据前述权利要求中任一项所述的控制器，所述控制器设计为在以下情况下确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕纳吉奥蒂斯，
申请(专利权)人：法雷奥西门子新能源汽车德国有限公司，
类型：发明
国别省市：