Verzerrungsspektrums einer getakteten Leistungselektronik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur trägermodulierten Pulsweitenmodulation zur Anpassung des Verzerrungsspektrums einer getakteten Leistungselektronik beim Betrieb eines Elektromotors.

In Kraftfahrzeugen mit teilweisem oder reinem Elektroantrieb spielen Gleichstrom- Gleichstrom-Wandler eine essentielle Rolle, um Energie zwischen verschiedenen

Spannungsniveaus zu übertragen, bspw. zwischen einer Batteriespannung von 12 V und einer für den Antrieb verwendeten Spannung, welche bspw. bei ca. 48 V bei Mild- Hybriden und zwischen 250 V und 900 V bei großen Antrieben liegen kann.

Ein Beispiel für einen in einem Elektrofahrzeug verbauten Gleichstrom-Gleichstrom- Wandler zeigt die Druckschrift US 2013/0147404 AI auf. Dabei ist der Gleichstrom- Gleichstrom-Wandler zwischen einer als Gleichstromquelle dienenden Batterie und einem ersten und zweiten Motor, der wahlweise als Motor oder als Generator arbeitet, angeordnet. Der Wandler umfasst erste und zweite Wechselrichter, die dazu eingerichtet sind, dem ersten bzw. zweiten Motor Energie zuzuführen oder von dem ersten bzw. zweiten Motor Energie aufzunehmen. Ein Gleichstrom-Wandler verstärkt die Gleichstrom- Spannung von der Batterie, versorgt die ersten und zweiten Wechselrichter mit der verstärkten Spannung der Batterie, verstärkt die Gleichstrom-Spannung der ersten und zweiten Wechselrichter und versorgt die Batterie mit deren verstärkter Spannung. Eine Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die an die ersten und zweiten Wechselrichter angelegte Ausgangsspannung durch Schalten der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler nach Erzeugen eines Spannungsbefehls auf der Grundlage einer Drehmomentbefehl- und einer Strombefehl-Zuordnungstabelle zu steuern.

Durch ein den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlern eigenes Schaltprinzip stellen sie eine kritische Quelle elektromagnetischer Interferenzen für empfindliche elektronische Geräte, wie bspw. Kontrollbusse oder Autoradios dar. Darüber hinaus können elektronische Geräte mit Halbleitermaterialien, die eine große Bandlücke aufweisen, wie bspw.

Galliumnitrid (GaN) und Siliziumkarbid (SiC), im Vergleich zu konventionellem Silizium ein zehn- bis tausendmal schnelleres Schalten in Feldeffekttransistoren, mit FET abgekürzt, aufweisen, beeinträchtigen aber mit dabei ausgestrahlten elektromagnetischen

Interferenzen, mit EMI abgekürzt, sensible Bereiche. Besprochen wird dies bspw. in D. Han, S. Li, Y. Wu, W. Choi, und B. Sarlioglu, "Comparative Analysis on Conducted CM EMI Emission of Motor Drives: WBG versus Si Devices," IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, vol. 64, no. 10, pp. 8353-8363, DOI: 10.1109/ΤΊΕ.2017.2681968 (2017).

Bei Forschungsarbeiten über hohe Schaltraten in Schaltkreisen wird üblicherweise ein konventionelles Pulsweitenmodulationsverfahren, mit PWM abgekürzt, eingesetzt, wobei die Problematik unbeachtet bleibt, dass die durch die auftretenden Schaltraten bedingte hohe EMI, sowie eine hohe Leistungsdichte in ersten harmonischen Oberschwingungen, einen für verschiedene Kommunikations- und Positionierungsanwendungen reservierten Langwellen- und Mittelwellenbereich beeinträchtigen. In diesbezüglich empfindlichen Umgebungen, wie sie bspw. in Fahrzeugen und Flugzeugen zu finden sind, tauschen vielerlei Kommunikationsbusse Informationen in diesen Bereichen aus und beschränken damit in vielen Schaltkreisen die Anwendung hoher Schaltraten.

Im Zusammenspiel mit EMI-Filtern und einer Phasenanzahl eines Konverters hat eine jeweilige Modulationsmethode einen Haupteinfluss auf die EMI-Problematik. Hierbei wurden mehrere Methoden entwickelt, um die Leistungsdichte spektraler Anteile in einem Konverterstrom zu reduzieren, oft bezeichnet als spektrale Formungs- oder

Verbreiterungsmethoden. Gut bekannte spektrale Formungsmethoden sind

frequenzmodulierte PWM, Zufalls-PWM, chaotische PWM, und Sigma-Delta Modulation. Diese Methoden variieren die Schaltrate, um spektrale Spitzen an einer Schaltfrequenz und ihrer Harmonischen zu verbreitern, und verkleinern durch eine Verteilung einer Störungsleistung die maximale Leistungsdichte im Verzerrungsspektrum. Während die bisherigen Methoden, beschrieben bspw. in K. K. Tse, H. S.-H. Chung, S. Y. Ron Hui, and H. C. So, "A comparative study of carrier-frequency modulation techniques for conducted EMI suppression in PWM Converters," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 49, pp. 618-627, 2002, zwar die Leistungsdichte eines Outputs herabsetzen, verkomplizieren sie jedoch eine Steuerung, da gemeinhin eine Taktrate in einem Haupt-Kontrollzyklus oder die Modulierung variiert werden. Folglich ist eine

Implementierung von Hochleistungskonvertern mit einer dezidierten Kontrolldynamik sehr anspruchsvoll und verändert zudem eine erreichbare Kontrollbandbreite im Laufe eines Betriebes. Darüber hinaus ist die spektrale Verbreiterung nur ad-hoc und kann nicht gemäß eines vorbestimmten Referenzspektrums ausgerichtet werden.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung von Leistungselektroniken, wie bspw. Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlern und/oder Invertern bereitzustellen, dass das durch das Schalten der

Leistungshalbleiterschalter hervorgerufene Verzerrungsspektrum steuert und dadurch die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) verbessert. Im Gegensatz zu bekannten spektralen Verbreiterungsverfahren sollen im spektralen Verlauf des

Verzerrungsspektrums auch jeder Zeit Lücken oder eine besondere Form bewirkt werden können. Jedenfalls soll eine maximale spektrale Leistungsdichte durch Verteilen über jeweilige spektrale Bereiche niedriger sein als bei bisherigen PWM-Verfahren. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes System zur

Durchführung eines solchen Verfahrens bereitzustellen. Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Verfahren zur Steuerung einer Leistungselektronik beansprucht, bei dem die Leistungselektronik mindestens zwei Leistungshalbleiterschalter umfasst und gemäß Pulsweitenmodulation durch eine erste Steuereinheit gesteuert wird, wobei die Pulsweitenmodulation gemäß einem dynamisch variierten Taktsignal ausgeführt wird und wobei das zu einem Zeitpunkt jeweilige

Taktsignal durch eine zweite Steuereinheit unter Verwendung eines vorgegebenen Zielspektrums berechnet wird. Die erste Steuereinheit und die zweite Steuereinheit können auch hinsichtlich ihrer jeweiligen Funktionalitäten in einer einzigen Steuereinheit zusammengefasst sein. Bevorzugt sind jedoch wenigstens zwei Steuereinheiten vorgesehen.

Die erste Steuereinheit führt dabei zur Steuerung der Leistungshalbleiterschalter eine Pulsweitenmodulation aus, um jeden geforderten kontinuierlichen Referenzverlauf einer als Eingangssignal vorliegenden Referenzspannung auf quantisierte Schaltzustände der Leistungshalbleiterschalter, die eine Ausgangsspannung liefern, anzupassen. Der Pulsweitenmodulation liegt ein jeweiliges Taktsignal zu Grunde, das der ersten

Steuereinheit als weiteres Eingangssignal zur Verfügung steht. Erfindungsgemäß wird der jeweilige Takt von einer zweiten Steuereinheit dergestalt berechnet, dass das aus den Abweichungen zwischen Referenzspannung und Ausgangsspannung der

Leistungselektronik bestehende Verzerrungsspektrum einem vorgegebenen Zielspektrum entspricht.

Hierzu erzeugt die zweite Steuereinheit, die bspw. durch einen Mikrocontroller realisiert ist, eine Zufallszahl x, bspw. gemäß einer vorgegebenen statistischen Verteilungsfunktion f(x), und zwar im hier beschriebenen Fall gleichmäßig im Intervall [0, 1], ohne dabei eine andere mögliche Wahl eines Intervalls zu beschränken. Ein gemäß verschiedener

Vorgaben ausgerichtetes Zielspektrum Ζ(ω) ist Funktion einer Schaltfrequenz ω, dessen inverse Funktion das Taktsignal für die Pulsweitenmodulation darstellt. Die zweite

Steuereinheit ordnet nun mittels einer Gleichung jeder Zufallszahl x eindeutig eine Schaltfrequenz ω zu, und stellt diese der ersten

Steuereinheit für die Pulsweitenmodulation zur Verfügung. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Erzeugung des variablen Taktsignals für die erste Steuereinheit ein spannungsgesteuerter Oszillator, mit VCO abgekürzt, gewählt. Bei diesem ist eine Transferfunktion Tvco(V) zwischen eingehender Spannung V und ausgehendem Taktsignal wohlbekannt. Die zweite Steuereinheit berechnet aus der invertierten Gleichung (2) die für die Erzeugung des jeweiligen Taktsignals notwendige Spannung V, mit der der VCO von der zweiten Steuereinheit angesteuert wird:

Um eine Erzeugung von Seitenbändern, Subharmonischen und weiteren aus den konventionellen Methoden zur spektralen Verbreiterung bekannten Sampling-Artefakten zu unterdrücken, erfolgt in der zweiten Steuereinheit eine Aktualisierung der VCO-Spannung nach einem variablen Zeitintervall τ , bspw. einer log-Normalverteilung τ ~ In N entnommenen, wobei nach dessen Verstreichen ein neues Paar zweier Zufallszahlen (x, r) aus den jeweiligen Verteilungen gezogen wird. Somit ist zu jedem Zeitpunkt die zeitliche Fortschreibung der spektralen Eigenschaften des Verzerrungsspektrums bestimmt. Die erste Steuereinheit kann aus dem variablen Taktsignal eine Strom- und/oder

Spannungsregelung des Gleichspannungswandlers, bspw. gemäß einer Proportionalintegral-Regelung, vom Fachmann mit PI abgekürzt, durchführen, die bei gleichzeitiger Strom- und Spannungsregelung auch kaskadiert ausgeführt sein kann. Mit einer jeden Taktflanke eines variablen Taktes wird eine Regelschleife entsprechend mindestens einmal durchlaufen und ein neuer„duty cycle" und damit folglich eine anteilige Dauer des Taktes bestimmt, für die ein Leistungshalbleiterschalter aktiviert oder deaktiviert wird.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden jeweils zwei Leistungshalbleiterschalter als jeweils eine Halbrücke zur Ansteuerung einer Phase eines Elektromotors gewählt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist beliebig auf die Steuerung mehrerer Halbbrücken, bzw. mehrerer Phasen erweiterbar. Trotz der dann vorliegenden höheren Zahl von Ausgangsphasen lassen sich die Spektren der Ausganssignale berechnen und optimieren.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Takt, gemäß welchem die zweite Steuereinheit operiert bzw. ausgeführt wird, unabhängig vom

Taktsignal der ersten Steuereinheit gewählt. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Ansteuerung des zur Erzeugung des Taktsignals der Pulsweitenmodulation verwendeten VCO durch die zweite Steuereinheit gemäß Gleichung (3) über eine analoge Spannung.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Ansteuerung des zur Erzeugung des Taktsignals der Pulsweitenmodulation verwendeten VCO mit einem Digitalsignal und nachgeschaltetem Tiefpassfilter.

In weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Variation des jeweiligen Taktsignals der Pulsweitenmodulation durch die erfindungsgemäße Berechnung einer Schaltfrequenz nach Gleichung (1), wobei eine Zahl aus dem Intervall [0, 1] mittels eines pseudozufälligen Algorithmus oder aufgrund einer vorgegebenen Zahlensequenz bestimmt wird. Zur Unterdrückung von Artefakten muss die vorgegebene Zahlensequenz allerdings eine Mindestlänge aufweisen, die zeitliche Korrelationen ausschließt.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt das vorgegebene Zielspektrum Grenzwerte aus Normen zur elektromagnetischen

Verträglichkeit, welche bspw. in CISPR-Normen, Industrie- oder Entwicklungsnormen festgelegt sind. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch mindestens eine Lücke in dem vorgegebenen Zielspektrum der störungsfreie Betrieb weiterer in einem Einflussbereich vorhandener Elektroniken gewährleistet. Die jeweilige Lücke kann bspw. durch eine aktuelle Radioempfangsfrequenz, eine Mobilfunkfrequenz oder weitere sensitive Frequenzbereiche verbauter Kommunikationsbusse oder dergleichen, bzw. auch Vielfachen der jeweilig zugehörigen harmonischen

Oberschwingungen, begründet sein. Durch die dynamische Variation des Taktsignals gemäß Gleichung (1) kann das Zielspektrum je nach Bedarf auch adaptiv verändert werden, bspw. durch eine mitlaufende Lücke bei einem Sendersuchlauf des Radios.

Zwar wird die Schaltfrequenz der Pulsweitenmodulation gemäß Gleichung (1) aus dem Zielspektrum bestimmt, und damit im einfachsten Fall auch ein zeitlicher Anteil der jeweiligen Schaltfrequenz direkt dem letztlich lediglich einer Angabe einer Signalenergie bei der jeweiligen Frequenz entsprechendem Zielspektrum entnommen. Bei einem solchen Vorgehen muss aber berücksichtigt werden, dass die Pulsweitenmodulation eine einem ein- bzw. ausgeschaltetem Zustand der Leistungshalbleiterschalter geschuldete rechteckige Ansteuerung bewirkt, und so aus dem Rechteckverlauf harmonische

Oberschwingungen zu jeder Schaltfrequenz der Pulsweitenmodulation entstehen. Geht man von einer monochromatischen Umsetzung jeder PWM-Schaltfrequenz in das Verzerrungsspektrum aus, würde sich an Vielfachen jeder PWM-Schaltfrequenz eine gegenüber dem anfänglichen Zielspektrum erhöhte Energiedichte ergeben. Um dies zu vermeiden, muss eine Leistung an den Vielfachen jeder Frequenz gegenüber dem Zielspektrum verringert werden, und zwar gemäß einer Frequenztransformierten einer Rechteckfunktion durch einen Teiler mit einem Betrag der Ordnung der harmonischen Oberschwingung. Statt das anhand von Vorgaben bestimmte Zielspektrum Ζ(ω) zu verwenden, wird daher in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das Zielspektrum an einem jeweiligen Vielfachen j einer Auswahl von Vielfachen einer dem jeweiligen Taktsignal entsprechenden Frequenz verringert und man erhält gemäß ein modifiziertes Zielspektrum Ζ'(ω).

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das

Zielspektrum einer inversen Faltung mit einer Frequenztransformierten einer

Schaltfunktion der Leistungshalbleiterschalter unterzogen. Die Schaltfunktion

berücksichtigt zusätzlich reale Abweichungen von einer dem Ein- und Ausschaltzustand des Leistungshalbleiterschalters entsprechenden Rechteckfunktion, die aus nicht perfekt rechteckigen Übergängen zwischen den beiden Schaltzuständen und/oder auch

Schaltüberspannungen bestehen.

Darüber hinaus kann insbesondere bei Gleichstrom-Wandlern ein Frequenzverhalten vorliegen, welches verhindert, dass die PWM-Schaltfrequenz in Ausgangsparametern, bspw. einer Ausgangsspannung oder einem Ausgangsstrom, erkennbar ist.

Bei typischen Gleichspannungswandlern wird in der Regel die Ladung eines magnetischen Speichers angesteuert. Ein Frequenzverhalten des Ausganges ist dagegen oft in erster Näherung durch eine lineare Filterung des PWM-Schaltsignals schätzbar, beispielsweise durch eine Tiefpassfilterung oder allgemein durch ein FIR-Filter, d.h. ein Filter mit einer endlichen Impulsantwort, oder ein IIR-Filter, d.h. ein Filter mit einer unendlichen

Impulsantwort. Entsprechend kann auch ein derartiges Filterverhalten einer Signalstrecke kompensiert werden, indem näherungsweise ein Inverses eines durch die Signalstrecke modifizierten Signals auf das Zielspektrum angewandt wird. Beispielsweise kann das Inverse des entsprechenden Filters auf das Zielspektrum zu einem Ausgleich angewandt werden, damit am Ende der Signalstrecke das Frequenzverhalten des Ausganges, bspw. Ausgangsspannung oder Ausgangsstrom, dem Zielspektrum näherungsweise folgt.

Schließlich wird in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb der Leistungshalbleiterschalter ein Halbleitermaterial mit großer Bandlücke gewählt. Dieses kann bspw. aus GaN oder SiC bestehen. Solche Materialien mit großer Bandlücke ermöglichen vorteilhaft hohe Schaltfrequenzen beim Betrieb der Leistungshalbleiterschalter, wobei sich Nachteile des sich dadurch bedingten

Verzerrungsspektrums mittels einer Ausführungsform des hier vorgestellten

erfindungsgemäßen Verfahrens kompensieren lassen. Ferner wird ein System zu einer Steuerung einer Leistungselektronik beansprucht, welches mindestens zwei Leistungshalbleiterschalter, eine erste Steuereinheit zur Steuerung der mindestens zwei Leistungshalbleiterschalter durch Pulsweitenmodulation, einen Taktgeber und eine zweite Steuereinheit zur Berechnung eines Taktes, nach dem die Pulsweitenmodulation ausgeführt wird, aufweist, und dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche auszuführen.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist der Taktgeber ein spannungsgesteuerter Oszillator, abgekürzt als VCO bezeichnet. Der VCO setzt eine Eingangsspannung in ein Taktsignal um, wobei die Transferfunktion der Umsetzung gemeinhin bekannt ist.

In noch weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist die Steuereinheit ein MikroController. Insbesondere dient der MikroController der Ansteuerung der

Pulsweitenmodulation und erzeugt durch Ausführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bspw. durch Berechnung von Gleichung (3), über einen GPIO-Ausgang, abgekürzt für general purpose lnput-/Output-Ausgang, ein Digitalsignal, welches über einen Tiefpass die Eingangsspannung des VCO und damit die

Schaltfrequenz für die Pulsweitenmodulation darstellt. Des Weiteren kann der

Mikrocontroller die Pulsweitenmodulation bspw. durch ein über einen Tiefpass geführtes Referenzsignal, vom Mikrocontroller als digitales Signal an einem GPIO-Ausgang zur Verfügung gestellt, mit einer Referenzspannung versorgen. Darüber hinaus kann der Mikrocontroller mit weiteren Aufgaben beaufschlagt sein, bspw. mit einer Kommunikation mit dem fahrzeugseitigen Niedrigspannungs-Master-Signal, mit einer Kommunikation mit einem Fahrzeugradio über einen CAN-Bus, mit einer Bereitstellung verschiedener Referenzsignale, oder mit einer Bereitstellung von Daten zu einer Start-up-Kontrolle, zum Monitoring, zu einer Temperaturüberwachung, zu einer Verlustleistung und vieles mehr.

Während bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens nahezu ausschließlich von Spannungen gesprochen wurde, lässt es sich in gleicher Weise in stromgesteuerten oder stromgeregelten Systemen durchführen.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen

Komponenten sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ansteuerung eines Leistungshalbleiterschalters.

Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Schaltung einer mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens angesteuerten Halbbrücke. Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Schaltung zweier mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens angesteuerter Halbbrücken.

Figur 4 zeigt beispielhafte Verzerrungsspektren, bei denen zwei aus dem Stand der Technik und zwei durch Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entstanden sind. In Figur 1 wird in schematischer Darstellung eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ansteuerung 100 eines Leistungshalbleiterschalters 120 gezeigt. Ein Zielspektrum 102 wird optional einer Kompensation 104 bzgl. harmonischer

Oberschwingungen, die verschiedenen Quellen, bspw. eines letztlich rechteckigen Ansteuerungssignals der Pulswellenmodulation entstammen können, unterworfen. Gemäß einer Verteilungsdichte des resultierenden Spektrums wird mittels einer Berechnung 106, bspw. von Gleichung (1), eine Zahl 114, die bspw. aus einer zufälligen oder

deterministischen Zahlensequenz generiert wird, wobei vorteilhaft die statistische

Verteilung dieser Zahlensequenz bekannt ist, in eine Schaltfrequenz transformiert und zu einer Taktgenerierung 110 verwendet. Die Taktgenerierung 110 kann bspw. durch einen spannungsgesteuerten Oszillator, mit VCO abgekürzt, vorgenommen werden. Mittels einer Generierung 108 einer variierenden Haltedauer, bzw. einer Stimmgeschwindigkeit, wird bestimmt, wie lange ein jeweiliger Takt gehalten wird. Die Generierung 108 kann optional anhand einer zufälligen oder deterministischen Sequenz erfolgen. Der jeweilige Takt dient einer Pulsweitenmodulation 112, mit PWM abgekürzt, als Schaltfrequenz zu einer Ansteuerung des Leistungshalbleiterschalters 120. Des Weiteren geht auch ein „duty cycle" bzw. Aussteuergrad 118 in die PWM ein. Alternativ kann auch auf eine statische Haltedauer verzichtet werden und eine vollständig dynamische Anpassung von ω erfolgen.

In Figur 2 wird in schematischer Darstellung eine beispielhafte Schaltung einer mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens angesteuerten Halbbrücke 243, 244 gezeigt.

Dargestellt ist die Schaltung für einen einphasigen Gleichstromwandler 200. Ein

MikroController 210 steuert mittels zweier Ausgänge 212 und 214 den PWM-Generator 230. Bei den beiden Ausgängen 212 und 214 kann es sich um digitale general purpose Input/Output-Ausgänge, mit GPIO abgekürzt, handeln. Ausgang 212 stellt dem PWM- Generator 230 an Eingang 231 über einen Tiefpassfilter eine Referenzspannung 208 zur Verfügung. Ausgang 214 steuert ebenfalls über einen Tiefpassfilter einen VCO 220, der in den Eingang 236 des PWM-Generators 230 ein Taktsignal weiterleitet. Der VCO selber ist dabei sehr hoch, bspw. mit 1 MHz getaktet. Der PWM-Generator 230 steuert über Ausgang 233 einen High-Side-Leistungshalbleiterschalter 243 und mit Ausgang 234 einen Low-Side-Leistungshalbleiterschalter 244 der Halbbrücke 243, 244. Der

Gleichstromwandler 200 hat einen Eingang 201 mit höherer Spannung, bspw. 48 V, und einen Eingang 202 mit niedrigerer Spannung 202, bspw. 12 V. Am PWM-Generator 230 wird gleichzeitig mit Eingang 232 eine Spannungsmessung 204 und mit Eingang 235 eine Strommessung 206 vorgenommen.

In Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Schaltung zweier mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens angesteuerter Halbbrücken 243, 244 und 343, 344. Dargestellt ist die Schaltung für einen zweiphasigen Gleichstromwandler 300. Der PWM- Generator 230 steuert nun zusätzlich über Ausgang 333 einen High-Side- Leistungshalbleiterschalter 343 und mit Ausgang 334 einen Low-Side- Leistungshalbleiterschalter 344 der Halbbrücke 343, 344. Eine zweite Phase im

Gleichstromwandler 300 kann beispielsweise genutzt werden, um ein besseres

Teillastverhalten und eine bessere Teillasteffizienz zu erreichen, indem bspw. eine Phase bei geringer Leistung abgeschaltet wird. Ferner können die beiden Phasen zeitlich gegeneinander versetzt schalten, um die Stromwelligkeit zu verringern. Alternativ kann auch jede Phase eine eigene PWM erhalten, die auch eine eigene Schaltfrequenz haben kann, um ein Gesamtemissionsspektrum besser an das Zielspektrum anzupassen.

In Figur 4 werden beispielhafte Verzerrungsspektren 410, 420, 430, 440 gezeigt, bei denen die Verzerrungsspektren 410 und 420 aus dem Stand der Technik und die Verzerrungsspektren 430 und 440 durch Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entstanden sind. Jeweils nach oben ist eine Amplitude 404 in einer beliebigen, aber für alle vier Verzerrungsspektren gleichen Einheit, und nach rechts eine Frequenz 402 in kHz aufgetragen. Das Verzerrungsspektrum 410 zeigt drei bei konventioneller

Pulsweitenmodulation entstehende harmonische Oberschwingungen 412. Deren

Amplitude 404, in einer beliebigen Einheit aufgetragen, erstreckt sich bis zu einem Zahlenwert von fast 200. Bei dem Verzerrungsspektrum 420 wurde eine konventionelle spektrale Gauß-Verbreiterung der im Verzerrungsspektrum 410 gezeigten harmonischen Oberschwingungen emuliert. Zu beachten ist, dass hier und in den weiteren

Verzerrungsspektren 430 und 440 die für sämtliche Normen, bspw. CISPR, und auch für sensitive Systeme zentrale Größe einer maximalen Leistungsdichte gegenüber einer konventionellen PWM mit festem Takt, gezeigt in Verzerrungsspektrum 410, mit einem Zahlenwert von unter 15 deutlich geringer ausfällt, was sich näherungsweise auch dadurch bedingt, dass je größer die Bandbreite ist, desto geringer eine Spitze der Leistungsdichte ausfällt. In Verzerrungsspektrum 430 wurden als Zielspektrum 432 zwei ineinander laufende Gauß-Kurven mit unterschiedlicher Breite als Beispiel für einen komplizierten Verlauf vorgegeben. Ein durch eine Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Verfahrens resultierendes Spektrum 434 kann das vorgegebene Zielspektrum sehr gut wiedergeben. Vom Zielspektrum abweichend entstandene höherfrequente Anteile, sichtbar ab 400 kHz, haben einen Amplitudenwert von nur noch unter 5. Auch das in Verzerrungsspektrum 440 vorgegebene Zielspektrum 442 wird durch das durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bewirkte Spektrum 444 sehr gut wiedergegeben.