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【发明授权】用于操控逆变器中的功率半导体的方法_翰昂汽车零部件有限公司_201810516347.X 

申请/专利权人:翰昂汽车零部件有限公司

申请日:2018-05-25

公开(公告)日:2021-11-19

公开(公告)号:CN109327132B

主分类号:H02M1/44(20070101)

分类号:H02M1/44(20070101);H02M7/48(20070101)

优先权:["20170629 DE 102017114526.5"]

专利状态码:有效-授权

法律状态:2021.11.19#授权;2019.03.08#实质审查的生效;2019.02.12#公开

摘要:一种借助控制脉冲调制的微处理器操控逆变器中的功率半导体的方法,包括步骤:i从限定的数字空间中创建、计算和或选择数值作为第一因数;ii通过将第一因数与基本开关功率值相乘,计算时钟频率A;iii在经过数量X个时钟周期后或在经过具有之前计算的时钟频率A的特定时间段T后,通过将从限定的数字空间中新创建、计算和或选择的数值作为新的因数与基本开关功率相乘,计算新的时钟频率A;iv多次重复步骤iii,在经过数量X个时钟周期后,或在经过分别具有之前计算的时钟频率的特定的时间段T后,通过将基本开关频率与分别新创建计算和或选择的数值相乘,计算新的时钟频率。本发明用于改进电磁兼容性且尤其能用在机动车的电制冷剂压缩机中。

主权项:1.一种用于借助于控制脉宽调制PWM的微处理器来操控逆变器中的功率半导体的方法,其中所述方法包括如下步骤:i从限定的数字空间中创建、计算和或选择数值作为第一因数;ii通过将所述第一因数与基本开关频率的值相乘,计算所述脉宽调制PWM的时钟频率A;iii在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过具有之前计算的时钟频率A的特定的时间段T之后,通过将从限定的所述数字空间中新创建、计算和或选择的数值作为新的因数与所述基本开关频率相乘,计算新的时钟频率A;iv多次重复步骤iii,其方式为:在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过具有之前计算的时钟频率的特定的时间段T之后,通过将所述基本开关频率与新创建、计算和或选择的数值相乘,计算新的时钟频率;以及将作为干扰频率已知或者识别的特定的时钟频率清除或立即中断,其中重新计算所述时钟频率。

全文数据:用于操控逆变器中的功率半导体的方法技术领域本发明涉及一种用于操控逆变器中的功率半导体的方法。本发明用于改进电磁兼容性EMC并且尤其能够在机动车的电的制冷剂压缩机中使用。背景技术在机动车的电的制冷剂压缩机中,借助于变流器产生多相的、通常三相的旋转场,所述变流器也称作为逆变器。这通过如下方式执行:从电池直流电压DC中经由周期性地切换逆变器中的功率半导体,在电机电感上施加类似正弦或正弦的电流。现有技术是,借助恒定的时钟频率操控功率半导体。根据功率等级,对此选择在5kHz至30kHz之间的频率。电流强度和电机转速的调控通过借助于脉宽调制来控制各个功率半导体的接通时间来实现。脉宽调制PWM通常表示如下调制类型,在所述调制类型中,技术变量,例如电压在两个数值之间变换,并且占空比,意即在一个时间周期中的接通时间的时间上的持续时间周期持续时间能够在所述数值之间变换。功率半导体的切换借助周期持续时间的倒数产生干扰。所述频率能够称作为基波。同样地,功率半导体的切换对谐波产生干扰,所述谐波是基波频率的数倍,进而对电磁兼容性具有显著的影响。电磁兼容性EMC表示技术设备不会由于不期望的电效应或电磁效应干扰其他设备或受到其他设备干扰的能力。发明内容本发明所基于的目的在于,减少在操控逆变器中的功率半导体时出现的EMC干扰。本发明的目的通过用于借助于控制脉宽调制PWM的微处理器来操控逆变器中的功率半导体的方法来实现。改进方案在实施例中给出。根据本发明的用于操控逆变器中的功率半导体的方法借助于控制脉宽调制PWM的微处理器来进行,其中所述方法包括如下步骤:i从限定的数字空间中创建、计算和或选择数值作为第一因数,所述数字空间优选为从0.1至1、尤其优选在0.3和1之间;ii通过将第一因数与基本开关频率的值相乘,计算脉宽调制的时钟频率A;iii在经过数量X个PWM-时钟周期之后,或者在经过具有之前计算的时钟频率A的特定的时间段T之后,通过将从限定的数字空间中新创建、计算和或选择的数值作为新的因数与基本开关频率相乘,计算新的时钟频率A;iv多次重复步骤iii,其方式为:在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过分别具有之前计算的时钟频率的特定的时间段T之后,通过将基本开关频率与分别新创建计算和或选择的数值相乘,计算新的时钟频率。为了实现随机的脉宽调制PWM,在微处理器中通过上述方法改变时钟频率,所述微处理器经由驱动电路操控功率半导体。根据本发明的第一实施方式,所述方法以如下步骤i-iv进行:i优选借助于随机数发生器设立查询表格,所述查询表格具有限定的数字空间中的数量Y个随机数,所述随机数在限定的数字空间之内的概率密度对应于高斯分布或均匀分布,并且选择所述表格的第一随机数作为第一因数;ii通过将基本开关频率的值与第一因数相乘,计算脉宽调制的时钟频率A;iii在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过具有之前计算的时钟频率A的特定的时间段T之后,通过将所述表格中的下一随机数与基本开关频率的值相乘,计算新的时钟频率A;iv多次重复步骤iii,其中在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过分别具有之前计算的时钟频率的特定的时间段T之后,通过将基本开关频率的值与在所述表格中分别后续的随机数的值相乘,计算新的时钟频率,直至所述表格的结尾。根据该实施方式的一个有利的改进方案,在达到表格的结尾之后,重复步骤ii至iv。这就是说,在表格从开头到结尾遍历之后,在使用最后的随机数之后,再次跳跃到表格的开头。根据本发明的第二实施方式,方法以如下步骤i-iv进行:i分别在微处理器的运行时间期间,经由数学公式计算在限定的数字空间中受限的数列R,并且计算数列R的第一元素,或者借助于在微处理器中实现的随机数发生器产生随机数;ii通过将基本开关频率的值与数列R中的计算出的第一元素或所产生的第一随机数相乘,计算脉宽调制的时钟频率A;iii在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过具有之前计算的时钟频率A的特定的时间段T之后,通过将基本开关频率的值与数列R中的计算出的下一元素或所产生的下一随机数的值,计算新的时钟频率A;iv多次重复步骤iii,其中在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过分别具有之前计算的时钟频率的特定的时间段T之后,通过将基本开关频率的值与数列R的各个新的元素或新的随机数的值相乘,计算新的时钟频率。优选地,数学公式包含一个或多个非线性的函数,例如SIN、COS和或TAN和或其反函数ARCSIN、ARCCOS、和或ARCTAN和或log和或e。数列R和或其元素或随机数的计算优选要么在单独的单元中进行、要么在控制脉宽调制的微处理器中进行。尤其优选的是,借助于外部的输入变量计算数列和或其元素或随机数。作为用于计算数列和或其数值或随机数的输入变量,能够使用随机过程,优选噪声,如例如电阻噪声或散粒噪声,或者使用温度变化曲线。但是计算也能够在没有外部的输入变量的情况下进行。将随机数发生器通常理解为如下方法,所述方法产生一系列随机数。原则上在非确定性的和确定性的随机数发生器之间进行区分。尤其物理随机数发生器属于非确定性的随机数生成器,意即在相同的初始条件下提供不同值的随机数发生器,所述物理的随机数发生器利用物理过程,以产生随机数,所述物理过程例如为热阻噪声。确定性的随机数生成器产生伪随机数,进而通常称作为伪随机数发生器。由所谓的伪随机数构成的数列由计算机明显更简单地产生并且实际上可用于所有更高级的编程语言。作为源例如适合的是MS-ExcelTM、MATLABTM和LinuxTM内核的软件。根据本发明的第三实施方式,所述方法以如下步骤i-iv进行:i借助于随机振荡器产生用于计算电子电路中的时钟频率的随机的输入变量,使得在任意时刻在限定的数字范围中的随机数待用,ii通过在第一时刻将基本开关频率的值与随机数的值相乘,计算时钟频率A;iii在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过具有之前计算的时钟频率A的特定的时间段T之后,通过将基本开关频率的值与在该时刻待用的随机数的值相乘,计算新的时钟频率A;iv多次重复步骤iii,其中在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过分别具有在之前计算的时钟频率的特定的时间段T之后,通过将基本开关频率的值与在该时刻分别存在的新的随机数的值相乘,计算新的时钟频率。随机的输入变量能够再次通过对随机的物理过程、例如电阻噪声或散粒噪声进行处理来产生。按照根据本发明的方法的一个尤其有利的设计方案,将作为干扰频率已知或识别的特定的时钟频率清除或立即中断,其中重新计算时钟频率。将清除在本文中理解成,不能计算调用生成各个特殊的时钟频率。这例如在如下情况下是有利的:要隐去的频率或其谐波会引起系统、例如车辆的过强的干扰。采用车辆中的由频率为50kHz的干扰而引发故障的部件作为实例。PWM时钟频率的为16.6kHz的三次谐波刚好对应于50kHz的所述频率。为了避免故障,现在能够将引起16.6kHz的时钟频率的值从查询表格中移除。本发明的优点在于,通过上述随机地或近似随机地选择逆变器的时钟频率来平滑干扰频谱。虽然干扰频谱的功率密度保持不变,但是干扰谐波的数量和复杂程度明显降低。通过所述措施,能够降低对逆变器的要物理构建的EMC滤波器的要求。由此,能够降低生产耗费、成本和空间需求。根据所述方法的一个设计方案,所述方法还包括附加的步骤v,其中根据应用模式或运行模式,选择要选择的时钟频率的概率密度,其中也能够在概率密度之间进行切换。在所述第一实施方式中,对此例如能够保存具有不同的概率密度的两个查询表格。在所述第二实施方式中,改变用于计算数列R和其元素、意即近似随机数的公式。在上述第三实施方式中,能够考虑在随机振荡器的电路中的切换。概率密度在时钟频率的均匀分布和高斯分布之间选择,其中能够在时钟频率的均匀分布和高斯分布之间切换。附图说明本发明的设计方案的其他细节、特征和优点从下面参考附图对实施例的描述中得出。附图示出:图1示出现有技术的逆变器的EMC测量协议;图2示出时钟频率关于时间的分布均匀分布;图3示出用于操控功率半导体的方法的第一实施方案变型形式的示意图;图4示出用于操控功率半导体的方法的第二实施方案变型形式的示意图,和图5示出用于操控功率半导体的方法的第三实施方案变型形式的示意图,和图6示出具有随机的脉宽调制PWM的EMC干扰频谱。具体实施方式图1示出以20kHz的时钟频率进行切换的逆变器的EMC测量协议,更确切地说,典型地记录具有固定设定的时钟频率的电的空调设备压缩机的EMC测量。在此,明显可识别在100kHz至1MHz的范围中的时钟频率的干扰谐波。全部谐波是时钟频率的数倍。EMC干扰以单位分贝微伏dBμV说明。根据现有技术,时钟频率是恒定的,例如具有20kHz的时钟频率值。在随机模式中,意即在使用根据本发明使用的随机脉宽调制PWM时,时钟频率在基本频率的百分比偏差的特定的变化宽度之内以小的时间间隔、例如每50μS的时间间隔变化。在图2中示出的实施例中,时钟频率在16kHz的时钟频率下限直至20kHz的时钟频率上限的范围之内变化,其中平均时钟频率于是为18kHz并且最大偏差为20%。因此,在时间上分布的时钟频率如在图2中示出的那样得出,其中示出均匀分布。为了实现随机的PWM,在操控功率半导体的微处理器中,PWM的时钟频率随机地或近似随机地改变。在这种情况下,得到不同的实施方案变型形式。根据在图3中示意地示出的第一实施方案变型形式,在第一步骤i中,首先从限定的数字空间中创建具有数量Y个随机数随机数1至6的查询表格,优选借助于随机数发生器创建,并且尤其优选在0.5至1的数字空间中。随机数的概率密度对应于高斯分布或均匀分布的限定的数字空间之内。选择表格的第一随机数作为第一因数,并且在第二步骤ii中,通过将基本开关频率,例如20kHz的值与第一因数相乘,计算脉宽调制PWM的时钟频率A。在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过具有之前计算的时钟频率A的特定的时间段T之后,在第三步骤iii中,通过将表格中的下一随机数与基本开关频率的值相乘,计算新的时钟频率A。另一步骤包括多次重复第三步骤,直至到达表格的结尾。这就是说,在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过具有之前计算的时钟频率的特定的时间段T之后,通过将基本开关频率的值与在表格中分别后续的随机数随机数N+1的值相乘,分别计算新的时钟频率。在达到表格的结尾之后,随后重复上述步骤ii至iv。这就是说,在表格从开头到结尾遍历之后,在使用表格的最后的随机数之后,再次返回到表格的开头,并且再次借助第一随机数计算后续的时钟频率。此外能够提出,关于频率的概率密度,能够根据应用模式和运行模式进行选择。例如,能够在因数的均匀分布和高斯分布之间进行切换以计算时钟频率。根据在图4中示意地示出的第二实施方案变型形式,在第一步骤中在微处理器的运行时间期间计算随机数。在此,首先能够经由数学公式计算在限定的数字空间中受限的数列R,随机数作为其元素确定。也能够借助于在微处理器中实现的随机数发生器,同样在微处理器的运行时间期间计算随机数。数列和或其元素或随机数的计算根据所示出的实施例借助于外部的输入变量进行。在第二步骤中,随后通过将基本开关频率的值与数列R中的计算出的第一元素或借助于随机数发生器所产生的第一随机数相乘,计算时钟频率A,并且输出具有该时钟频率的脉宽调制。在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过具有之前计算的时钟频率A的特定的时间段T之后,通过将基本开关频率的值与数列R中计算出的下一元素或借助于随机数发生器产生的下一随机数的值相乘,计算新的时钟频率A,并且输出具有该时钟频率的脉宽调制PWM。所述过程随后任意多次地重复。这就是说,在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过分别具有之前计算的时钟频率的特定的时间段T之后,通过将基本开关频率的值与数列R中的各个新的元素或新的随机数的值相乘,计算新的时钟频率,借助该时钟频率输出脉宽调制PWM。根据在图5中示意地示出的第三实施方案变型形式,借助于随机振荡器产生用于计算电子电路中的时钟频率的随机的输入变量,使得在任意时刻在限定的数字范围中的随机数待用。因此,在第一时刻,通过将基本开关频率的值与随机数的值相乘,计算脉宽调制的时钟频率A。借助该时钟频率,输出脉宽调制。在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过具有之前计算的时钟频率A的特定的时间段T之后,通过将基本开关频率的值与在所述时刻待用的随机数的值相乘,计算新的时钟频率A,其中输出具有该时钟频率的脉宽调制。所述过程随后任意多次地重复。这就是说,在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过分别具有之前计算的时钟频率的特定的时间段T之后,通过将基本开关频率的值与在该时刻分别存在的新的随机数的值相乘,计算新的时钟频率,借助该时钟频率输出脉宽调制。本发明的优点在于,通过随机选择时钟频率,平滑干扰频谱。干扰频谱的可通过曲线下方的面积确定的功率密度虽然保持不变,然而干扰谐波的数量和复杂程度明显降低,如图6与图1相比示出的那样。这是PWM的随机化的结果,所述随机化引起协调的谐波的分布。

权利要求:1.一种用于借助于控制脉宽调制PWM的微处理器来操控逆变器中的功率半导体的方法,其中所述方法包括如下步骤:i从限定的数字空间中创建、计算和或选择数值作为第一因数;ii通过将所述第一因数与基本开关频率的值相乘,计算所述脉宽调制PWM的时钟频率A;iii在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过具有之前计算的时钟频率A的特定的时间段T之后,通过将从限定的所述数字空间中新创建、计算和或选择的数值作为新的因数与所述基本开关频率相乘,计算新的时钟频率A;iv多次重复步骤iii,其方式为:在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过分别具有之前计算的时钟频率的特定的时间段T之后,通过将所述基本开关频率与分别新创建计算和或选择的数值相乘,计算新的时钟频率。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤i-iv如下进行:i设立表格,所述表格具有限定的数字空间中的数量Y个随机数,所述随机数在限定的数字空间之内的概率密度对应于高斯分布或均匀分布,并且选择所述表格的第一随机数作为第一因数;ii通过将所述基本开关频率的值与所述第一因数相乘,计算所述脉宽调制PWM的时钟频率A;iii在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过具有之前计算的时钟频率A的特定的时间段T之后,通过将所述表格中的下一随机数与所述基本开关频率的值相乘,计算新的时钟频率A;iv多次重复步骤iii,其中在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过分别具有之前计算的时钟频率的特定的时间段T之后,通过将所述基本开关频率的值与在所述表格中分别后续的随机数的值相乘,计算新的时钟频率,直至所述表格的结尾。3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,在达到所述表格的结尾之后,重复步骤ii至iv。4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤i-iv如下进行:i分别在所述微处理器的运行时间期间,经由数学公式计算在限定的数字空间中受限的数列R,并且计算所述数列R的第一元素,或者借助于在所述微处理器中实现的随机数发生器产生随机数;ii通过将所述基本开关频率的值与所述数列R中的计算出的所述第一元素或所产生的所述第一随机数相乘,计算所述脉宽调制PWM的时钟频率A;iii在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过具有之前计算的时钟频率A的特定的时间段T之后,通过将所述基本开关频率的值与所述数列R中的计算出的下一元素或所产生的下一随机数的值相乘,计算新的时钟频率A;iv多次重复步骤iii,其中在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过分别具有之前计算的时钟频率的特定的时间段T之后,通过将所述基本开关频率的值与所述数列R的各个新的元素或新的随机数的值相乘,计算新的时钟频率。5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述数学公式包含一个或多个非线性的函数。6.根据权利要求4或5所述的方法,其特征在于,要么在单独的单元中,要么在控制所述脉宽调制PWM的所述微处理器中,计算所述数列R和或其元素或随机数。7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法,其特征在于,借助于外部的输入变量,计算所述数列和或其元素或随机数。8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤i-iv如下进行:i借助于随机振荡器产生用于计算电子电路中的时钟频率的随机的输入变量,使得在任意时刻在限定的数字区域中的随机数待用,ii通过在第一时刻将所述基本开关频率的值与所述随机数的值相乘,计算时钟频率A;iii在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过具有之前计算的时钟频率A的特定的时间段T之后,通过将所述基本开关频率的值与在该时刻待用的随机数的值相乘,计算新的时钟频率A;iv多次重复步骤iii,其中在经过数量X个时钟周期之后,或者在经过分别具有在之前计算的时钟频率的特定的时间段T之后,通过将所述基本开关频率的值与在该时刻分别存在的新的随机数的值相乘,计算新的时钟频率。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法,其特征在于,将作为干扰频率已知或者识别的特定的时钟频率清楚或立即中断,其中重新计算所述时钟频率。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法,所述方法还包括步骤v,其中根据应用模式或运行模式,对用于要选择的时钟频率的概率密度进行选择,其中也能够在概率密度之间进行切换。11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,在所述时钟频率的均匀分布和高斯分布之间选择所述概率密度。

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