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Title:
DEVICE AND METHOD FOR THE SPECTRAL CONTROL OF A DIRECT VOLTAGE CONVERTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/210453
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a method for controlling a power electronics unit for a vehicle, wherein, in a modulator of the power electronics unit, a switching state of the power electronics unit is selected from a number of possible switching states of the power electronics unit, as a factor of at least one request, to be provided in advance, for spectral properties of an error signal of an output voltage of the power electronics unit, and is adjusted in the power electronics unit.

Inventors:
GÖTZ, Stefan (Schützenweg 5, Forstern, 85659, DE)
KORTE, Christian (Melitta-Schöpf-Str. 6, Karlsruhe, 76137, DE)
Application Number:
EP2018/025047
Publication Date:
November 22, 2018
Filing Date:
February 28, 2018
Export Citation:
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Assignee:
DR. ING. H.C. F. PORSCHE AKTIENGESELLSCHAFT (Porscheplatz 1, Stuttgart, 70435, DE)
International Classes:
H03K7/08; H03K17/16
Foreign References:
US20120032710A12012-02-09
EP2197111A12010-06-16
EP0508171A11992-10-14
US20010015904A12001-08-23
US20030174081A12003-09-18
US20050254265A12005-11-17
US20090033374A12009-02-05
US5901176A1999-05-04
US6559698B12003-05-06
Other References:
D. SCHROEDER: "Leistungselektronische Schaltungen", 2012, SPRINGER
R. W. ERICKSON; D. MAKSIMOVIC: "Fundamentals of Power Electronics", 2001, SPRINGER
Attorney, Agent or Firm:
DR. ING. H.C. F. PORSCHE AKTIENGESELLSCHAFT (Schutzrechte und Lizenzen, Postfach 1140, Weissach, 71283, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Regeln einer Leistungselektronik, bei dem ein Schaltzustand der Leistungselektronik aus einer Anzahl möglicher Schaltzustände der Leistungselektronik in Abhängigkeit mindestens einer im Voraus bereitzustellenden Anforderung an spektrale Eigenschaften eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Leistungselektronik Energie zwischen mindestens zwei elektrischen Anschlusspaaren mit jeweils voneinander unterschiedlicher Gleichspannung transferiert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Leistungselektronik einen aktuellen Takt eines Modulators beibehält.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem alle möglichen

Schaltzustände der Leistungselektronik simuliert und auf ihren Einfluss auf eine

Veränderung eines Frequenzspektrums des Fehlersignals der Ausgangsspannung der Leistungselektronik in einem vorgegebenen Zeitbereich überprüft werden, und wobei derjenige Schaltzustand aus den simulierten Schaltzuständen zur Umsetzung in der Leistungselektronik ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird, der die mindestens eine Anforderung bestmöglich erfüllt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, bei dem alle möglichen Schaltzustände der

Leistungselektronik für einen nächsten Taktschritt des Modulators in der Zukunft simuliert und auf ihren Einfluss auf eine Veränderung eines Frequenzspektrums des Fehlersignals der Ausgangsspannung der Leistungselektronik in einem vorgegebenen Zeitbereich überprüft werden, und wobei derjenige Schaltzustand aus den simulierten

Schaltzuständen zur Umsetzung in der Leistungselektronik ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird, der die mindestens eine Anforderung bestmöglich erfüllt.

6. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, bei dem alle möglichen Sequenzen von

Schaltzuständen der Leistungselektronik für mindestens zwei aufeinanderfolgende nächste Taktschritte des Modulators in der Zukunft simuliert und auf ihren Einfluss auf eine Veränderung eines Frequenzspektrums des Fehlersignals der Ausgangsspannung der Leistungselektronik in einem vorgegebenen Zeitbereich überprüft werden, und wobei zumindest der zeitlich früheste Schaltzustand derjenigen Sequenz aus den simulierten Schaltzuständen zur Umsetzung in der Leistungselektronik ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird, welche die mindestens eine Anforderung

bestmöglich erfüllt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem das Fehlersignal eines jeden simulierten Schaltzustands der Leistungselektronik mittels einer Sigma-Delta Modulation vorverarbeitet wird, um eine Eignung eines jeweiligen Schaltzustands der

Leistungselektronik zur Erfüllung der mindestens einen Anforderung zu ermitteln, wobei als Integratorelement der Sigma-Delta Modulation eine exponentiell abnehmende

Fensterfunktion gewählt wird, um einen Einfluss jeweiliger vorausgegangener

Schaltzustände der Leistungselektronik auf die Veränderung des Fehlersignals zu reduzieren und insbesondere Schwingungen zu unterdrücken.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem für den Fall, dass mehrere Anforderungen vorgegeben werden, mittels mindestens eines vorgegebenen

Gewichtungsfaktors ein Zielspektrum ermittelt wird, das als Vorgabe zur Auswahl eines jeweiligen Schaltzustands der Leistungselektronik aus den möglichen simulierten

Schaltzuständen der Leistungselektronik verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei dem das Fehlersignal der

Ausgangsspannung der Leistungselektronik mittels einer Filterfunktion vorverarbeitet wird, um eine Eignung eines jeweiligen Schaltzustands der Leistungselektronik zur Erfüllung der mindestens einen Anforderung zu ermitteln.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Filterfunktion einen frequenzabhängigen 5 Verlauf aufweist und deren Wert an mindestens einer Frequenz mindestens das

Zehnfache des Wertes einer anderen Frequenz aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem ausgewählte Werte des Frequenzspektrums mittels einer mathematischen Funktion in ihrer Amplitude unter einen vorgegebenen

10 Schwellenwert reduziert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11 , bei dem als Schwellenwert eine Amplitude von 40 dB gewählt wird.

15 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Regeln einer Leistungselektronik für ein Fahrzeug, bei dem die mindestens eine Anforderung in Abhängigkeit mindestens eines Fahrzeugparameters eines Fahrzeugs gewählt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Regeln einer Leistungselektronik 20 für ein Fahrzeug, bei dem die mindestens eine Anforderung in Abhängigkeit einer

aktuellen Position des Fahrzeugs gewählt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Regeln einer Leistungselektronik für ein Fahrzeug, bei dem die mindestens eine Anforderung durch ein von dem Fahrzeug

25 umfasstes Gerät und/oder durch ein einem Nutzer zugeordnetes Gerät vorgegeben wird.

16. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zur Erzeugung des Fehlersignales das Ergebnis einer Subtraktion des Verhältnisses eines Zielwertes der elektrischen Spannung mindestens eines ersten elektrischen Anschlusspaares zur elektrischen Spannung mindestens eines zweiten elektrischen Anschlusspaares von einer zahlenwertigen Repräsentation der Schaltzustände verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine elektrische Spannung mindestens eines elektrischen Anschlusspaares über einen Wert einer Filterfunktion bei einer vorher festgelegten Frequenz eingestellt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die vorher festgelegte Frequenz der

Filterfunktion zur Einstellung der elektrischen Spannung des mindestens einen elektrischen Anschlusspaares kleiner als 1 Hz ist.

19. Modulator für eine Leistungselektronik, wobei der Modulator mindestens ein

Steuergerät umfasst, das dazu konfiguriert ist, einen Schaltzustand der

Leistungselektronik aus einer Anzahl simulierter Schaltzustände in Abhängigkeit eines Vergleichs von mindestens einer im Voraus bereitzustellenden Anforderung an spektrale Eigenschaften (9) eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik mit jeweiligen Frequenzspektren (31 , 33, 43, 51) von Fehlersignalen einer

Ausgangsspannung der Leistungselektronik, die jeweils einem simulierten Schaltzustand der Leistungselektronik entsprechen, auszuwählen und bei gleichbleibendem Takt des Modulators an der Leistungselektronik einzustellen.

20. Modulator nach Anspruch 19, wobei die Leistungselektronik mindestens zwei elektrische Anschlusspaare umfasst, deren jeweils zugehörigen elektrischen Spannungen voneinander unterschiedliche Gleichspannungen sind.

21. Modulator nach Anspruch 19 oder 20, wobei das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, in einem jeweiligen Frequenzspektrum (31 , 33, 43, 51) mittels mindestens einer mathematischen Funktion in Abhängigkeit der mindestens einen Anforderung spektrale Lücken (53) zu erzeugen.

22. Modulator nach Anspruch 19, 20 oder 21 , wobei das Steuergerät mindestens einen elektrischen Taktgeber mit gleichbleibender Taktfrequenz umfasst.

23. Modulator nach Anspruch 22, wobei der mindestens eine elektrische Taktgeber 5 mindestens einen elektronischen Quarz umfasst.

24. Modulator nach Anspruch 22, wobei der Modulator mindestens einen digitalen Frequenztransformator umfasst.

10 25. Computerprogrammprodukt mit einem computerlesbaren Medium, auf dem

mindestens ein Zielspektrum gespeichert ist, und einem auf dem computerlesbaren Medium gespeicherten Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die dazu ausgelegt sind, bei Ablauf des Computerprogramms auf einem Computer, eine

Regelschleife auszuführen, die ein Frequenzspektrum mindestens einer elektrischen

15 Spannung mindestens eines elektrischen Anschlusspaares auf das Zielspektrum einstellt, wobei die mindestens eine elektrische Spannung eine Gleichspannung ist.

GEÄNDERTE ANSPRÜCHE

beim Internationalen Büro eingegangen am 13. Juli 2018 (13.07.2018)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Regeln einer Leistungselektronik, bei dem ein Schaltzustand der Leistungselektronik aus einer Anzahl möglicher Schaltzustände der Leistungselektronik in Abhängigkeit eines Vergleichs von mindestens einer im Voraus bereitzustellenden Anforderung an spektrale Eigenschaften (9) eines Fehlersignais einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik mit jeweiligen Frequenzspektren {31, 33, 43, 51, 54) von Fehlersignalen einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik, die jeweils einem simulierten Schaltzustand der Leistungselektronik entsprechen, ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leistungselektronik Energie zwischen mindestens zwei e!ektrischen Anschlusspaaren mit jeweils voneinander unterschiedlicher Gleichspannung transferiert

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Leistungselektronik einen aktuellen Takt eines Modulators beibehält.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem alle möglichen

Schaltzustände der Leistungselektronik simuliert und auf ihren Einfluss auf eine

Veränderung eines Frequenzspektrums {31, 33, 43, 51, 54) des Fehlersignais der Ausgangsspannung der Leistungsefektronik in einem vorgegebenen Zeitbereich überprüft werden, und wobei derjenige Schaltzustand aus den simulierten Schaltzuständen zur Umsetzung in der Leistungselektronik ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird, der die mindestens eine Anforderung bestmöglich erfüllt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, bei dem alle möglichen Schaltzustände der Leistungselektronik für einen nächsten Taktschritt des Modulators in der Zukunft simuliert und auf ihren fluss auf eine Veränderung eines Frequenzspektrums {31, 33, 43, 51 , 54) des Fehlersignals der Ausgangsspannung der Leistungselektronik in einem vorgegebenen Zeitbereich überprüft werden, und wobei derjenige Schaitzustand aus den simulierten Schaltzuständen zur Umsetzung in der Leistungselektronik ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird, der die mindestens eine Anforderung

bestmöglich erfüllt.

6. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, bei dem alle möglichen Sequenzen von

Schaltzuständen der Leistungselektronik für mindestens zwei aufeinanderfolgende nächste Taktschritte des Modulators in der Zukunft simuliert und auf ihren Einfluss auf eine Veränderung eines Frequenzspektrums (31, 33, 43, 51, 54) des Fehlersignals der Ausgangsspannung der Leistungselektronik in einem vorgegebenen Zeitbereich überprüft werden, und wobei zumindest der zeitlich früheste Schaltzustand derjenigen Sequenz aus den simulierten Schaltzuständen zur Umsetzung in der Leistungselektronik ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird, welche die mindestens eine Anforderung bestmöglich erfüllt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem das Fehlersignal eines jeden simulierten Schaltzustands der Leistungselektronik mittels einer Sigma-Delta Modulation vorverarbeitet wird, um eine Eignung eines jeweiligen Schaltzustands der

Leistungselektronik zur Erfüllung der mindestens einen Anforderung zu ermitteln, wobei als Integratorelement der Sigma-Delta Modulation eine exponentiell abnehmende

Fensterfunktion gewählt wird, um einen Einfluss jeweiliger vorausgegangener

Schaltzustände der Leistungselektronik auf die Veränderung des Fehlersignals zu reduzieren und insbesondere Schwingungen zu unterdrücken. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem für den Fall, dass mehrere Anforderungen vorgegeben werden, mittels mindestens eines vorgegebenen

Gewichtungsfaktors ein Zielspektrum ermittelt wird, das als Vorgabe zur Auswahl eines jeweiligen Schaitzustands der Leistungselektronik aus den möglichen simulierten

Schaltzuständen der Leistungselektronik verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei dem das Fehlersignal der

Ausgangsspannung der Leistungselektronik mittels einer Füterfunktion vorverarbeitet wird, um eine Eignung eines jeweiligen Schaltzustands der Leistungselektronik zur Erfüllung der mindestens einen Anforderung zu ermitteln,

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Filterfunktion einen frequenzabhängigen Verlauf aufweist und deren Wert an mindestens einer Frequenz mindestens das

Zehnfache des Wertes einer anderen Frequenz aufweist. 11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem ausgewählte Werte des Frequenzspektrums (43) mittels einer mathematischen Funktion in ihrer Amplitude unter einen vorgegebenen Schwellenwert reduziert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem als Schwellenwert eine Amplitude von 40 dB gewählt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Regeln einer Leistungselektronik für ein Fahrzeug, bei dem die mindestens eine Anforderung in Abhängigkeit mindestens eines Fahrzeugparameters eines Fahrzeugs gewählt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Regeln einer Leistungselektronik für ein Fahrzeug, bei dem die mindestens eine Anforderung in Abhängigkeit einer aktuellen Position des Fahrzeugs gewählt wird. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Regeln einer Leistungselektronik für ein Fahrzeug, bei dem die mindestens eine Anforderung durch ein von dem Fahrzeug umfasstes Gerät und/oder durch ein einem Nutzer zugeordnetes Gerät vorgegeben wird.

16, Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zur Erzeugung des Fehlersignales das Ergebnis einer Subtraktion des Verhältnisses eines Zielwertes der elektrischen Spannung mindestens eines ersten elektrischen Anschiusspaares zur elektrischen Spannung mindestens eines zweiten elektrischen Anschlusspaares von einer zahlenwertigen Repräsentation der Schattzustände verwendet wird. 17. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine elektrische Spannung mindestens eines elektrischen Anschlusspaares über einen Wert einer Filterfunktion bei einer vorher festgelegten Frequenz eingestellt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die vorher festgelegte Frequenz der

Filterfunktion zur Einstellung der elektrischen Spannung des mindestens einen elektrischen Anschiusspaares kleiner als 1 Hz ist.

19. Modulator für eine Leistungselektronik, wobei der Modulator mindestens ein

Steuergerät umfasst, das dazu konfiguriert ist, einen Schaltzustand der

Leistungselektronik aus einer Anzahl simulierter Schaltzustände in Abhängigkeit eines Vergleichs von mindestens einer im Voraus bereitzustellenden Anforderung an spektrale Eigenschaften (9) eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik mit jeweiligen Frequenzspektren (31, 33, 43, 51, 54) von Fehlersignalen einer

Ausgangsspannung der Leistungselektronik, die jeweils einem simulierten Schaltzustand der Leistungselektronik entsprechen, auszuwählen und bei gleichbleibendem Takt des Modulators an der Leistungselektronik einzustellen.

20. Modulator nach Anspruch 19, wobei die Leistungselektronik mindestens zwei elektrische Anschlusspaare umfasst, deren jeweils zugehörigen elektrischen Spannungen voneinander unterschiedliche Gleichspannungen sind.

21. Modulator nach Anspruch 19 oder 20, wobei das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, in einem jeweiligen Frequenzspektrum {31, 33, 43, 51, 54) mittels mindestens einer mathematischen Funktion in Abhängigkeit der mindestens einen Anforderung spektrale Lucken (53) zu erzeugen.

22. Modulator nach Anspruch 19, 20 oder 21, wobei das Steuergerät mindestens einen elektrischen Taktgeber mit gleichbleibender Taktfrequenz umfasst 23. Modulator nach Anspruch 22, wobei der mindestens eine elektrische Taktgeber mindestens einen elektronischen Quarz umfasst.

24. Modulator nach Anspruch 22, wobei der Modulator mindestens einen digitalen Frequenztransformator umfasst.

25. Computerprogrammprodukt mit einem computerlesbaren Medium, auf dem mindestens ein Zielspektrum gespeichert ist, und einem auf dem computerlesbaren Medium gespeicherten Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die dazu ausgelegt sind, bei Ablauf des Computerprogramms auf einem Computer, eine

Regelschleife auszuführen, die in Abhängigkeit eines Vergleichs von mindestens einer im Voraus bereitzustellenden Anforderung an spektrale Eigenschaften (9) eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik mit jeweiligen Frequenzspektren {31, 33, 43, 51, 54} von Fehlersignalen einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik, die jeweils einem simulierten Schaltzustand der Leistungselektronik entsprechen, ein Frequenzspektrum mindestens einer elektrischen Spannung mindestens eines elektrischen Anschlusspaares auf das Zielspektrum einstellt, wobei die mindestens eine elektrische Spannung eine Gleichspannung ist.

Description:
Vorrichtung und Verfahren zur spektralen Regelung eines

Gleichspannungswandlers

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines

Gleichspannungswandlers sowie einen zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens geeigneten Modulator.

Beim Verwenden von Leistungselektroniken zur Wandlung von Spannungen oder Steuerung von Strömen bspw. zwischen unterschiedlichen Bordnetzen in Land- und Wasserfahrzeugen werden von einer jeweiligen Leistungselektronik umfasste

Leistungshalbleiter mit hoher Frequenz geschaltet, um verschiedene Zustände der Leistungselektronik abzubilden. Bedingt durch das Schalten der Leistungshalbleiter erzeugt die Leistungselektronik ein Fehlersignal, das in seiner Frequenz mit weiteren elektrischen Geräten, wie bspw. einem Radioempfänger, wechselwirken kann, wodurch Störgeräusche bzw. Störeffekte entstehen können. Insbesondere bei Steuerungen jeweiliger Leistungshalbleiter mittels Pulsweitenmodulatoren kommt es häufig zu harmonischen Oberschwingungen, die sich als Fehlersignale auf weitere elektrische Geräte auswirken. Um einen Einfluss von schaltungsbedingten spektralen Änderungen von

Leistungselektroniken zu reduzieren, sind im Stand der Technik Verfahren beschrieben, bei denen eine Taktung eines Modulators zum Schalten jeweiliger Leistungshalbleiter jeweiliger Leistungselektroniken geändert wird. In der US-amerikanischen Druckschrift US 2001 0015 904 AI wird ein Verfahren zum Verringern von Schaltverlusten beim Schalten von Leistungshalbleitern einer

Leistungselektronik offenbart. Dabei werden Steuersignale für jeweilige

Leistungshalbleiter in Abhängigkeit von Spannungen jeweiliger Motorphasen bestimmt. Die US-amerikanische Druckschrift US 2003 0174 081 AI offenbart einen Inverter mit einem Schaltmodul zur Kontrolle jeweiliger Leistungshalbleiter des Inverters.

Der US-amerikanischen Druckschrift US 2005 0254 265 AI ist ein Verfahren zum Kontrollieren einer Ausgangsspannung eines Spannungswandlers, der Gleichspannung in eine von einer Kontrolleinheit vorgegebene Ausgangsspannung umwandelt, zu

entnehmen.

Ein Frequenzteiler sowie eine Methode zur Frequenzverbreiterung eines Spektrums eines Stromrichters, bei der auf eine ursprüngliche Taktfrequenz ein zusätzliches Signal aufmoduliert wird, ist der US-amerikanischen Druckschrift US 2009 0033 374 AI zu entnehmen.

Ein Pulsweitenmodulator, basierend auf einem Sigma-Delta Modulator, ist in der US- amerikanischen Druckschrift US 5 901 176 A offenbart.

In der US-amerikanischen Druckschrift US 6 559 698 Bl ist ein Schaltkreis zur Regelung einer Taktrate auf Grundlage eines durch einen Oszillator bereitgestellten Signals offenbart.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur Regelung eines von einer Leistungselektronik erzeugten Fehlersignals unter

Beibehaltung einer Taktrate zur Schaltung jeweiliger Leistungshalbleiter der

Leistungselektronik bereitzustellen.

Es wird ein Verfahren zum Regeln einer Leistungselektronik, beispielsweise für ein Fahrzeug, vorgestellt, bei dem unter Beibehaltung einer aktuellen Taktrate der

Leistungselektronik ein Schaltzustand der Leistungselektronik aus einer Anzahl möglicher Schaltzustände der Leistungselektronik in Abhängigkeit mindestens einer im Voraus bereitzustellenden Anforderung an spektrale Eigenschaften eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird.

Die Taktrate ist im Sinne dieser Erfindung die Rate, mit der Berechnungen für die Auswahl des nächsten Schaltzustandes durchgeführt werden. Der Takt wird vorzugsweise von einem Taktgeber erzeugt und vorgegeben, beispielsweise einem elektronischen Quarz. Alternativ kann der Takt auch aus einem bereits vorhandenen Takt über einen

spannungsgesteuerten Oszillator (voltage-controlled oscillator, VCO) oder einen Taktteiler oder Taktvervielfacher, wie sie dem Fachmann bekannt sind, erzeugt werden. In

Ausgestaltung kann die Taktrate beispielsweise als Takt einer integrierten Schaltung oder einer Iterationsrate einer Routine der integrierten Schaltung dienen, die das

erfindungsgemäße Regelverfahren implementiert. Das Regelverfahren wird vorzugsweise innerhalb einer Taktperiode oder einem fest vorgegebenen Vielfachen einer Taktperiode durchgeführt und mit regelmäßiger Wiederholrate gemäß des genannten Taktes wiederholt.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf leistungselektronische

Gleichspannungswandler, die elektrische Energie zwischen mindestens zwei elektrischen Anschlusspaaren mit vorzugsweise jeweils unterschiedlichen elektrischen Spannungen transferiert, wobei es sich bei den elektrischen Spannungen der elektrischen

Anschlusspaare um Gleichspannungen handelt. Gleichspannungswandler sind in großer Zahl im Stand der Technik bekannt. Beispiele können auch in der wissenschaftlichen Literatur gefunden werden [D. Schroeder. Leistungselektronische Schaltungen. 3rd edition, Springer, Berlin, 2012; ISBN 978-3-642-30103-2. und R. W. Erickson, D.

Maksimovic. Fundamentals of Power Electronics. 2nd edition, Springer, Berlin, 2001 ; ISBN 978-0-792-37270-7]. Gleichspannungen im Sinne der Erfindung wechseln ihre Spannungspolarität außerhalb eines Fehlerfalles nicht. Anschlusspaare werden ferner in der Literatur häufig als Eingänge oder Ausgänge und jeweils zugehörige Spannungen als Eingangsspannungen oder Ausgangsspannungen bezeichnet. In der Regel werden solche Anschlusspaare als Ausgänge bezeichnet, deren Spannungen oder Ströme, folglich als Ausgangsspannungen oder Ausgangsströme bezeichnet, durch eine Regelung auf eine vorgegebene Zielbedingung, beispielsweise einen Zielwert hin geregelt werden.

Eine Regelschleife im Sinne der Erfindung minimiert den Absolutwert mindestens eines zugehörigen Fehlersignales. Im vorliegenden Fall wird das Fehlersignal vorzugsweise aus der Abweichung des Frequenzspektrums mindestens einer elektrischen Spannung mindestens eines elektrischen Anschlusspaares zu einem vorgegebenen Zielspektrum gebildet. Das Zielspektrum wird vorzugsweise als Funktion über der Frequenz bzw. als Tabelle bestehend aus einer endlichen Anzahl von Paaren von diskreten Frequenzen und zugehörigen Werten des Zielspektrums an der entsprechenden Frequenz vorgegeben.

Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.

Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Regeln bzw. Steuern einer

Leistungselektronik derart, dass spektrale Eigenschaften, d. h. Amplituden jeweiliger Frequenzen, einer Ausgangsspannung bzw. eines Fehlersignals der Ausgangsspannung der Leistungselektronik gemäß einer vorgegebenen Anforderung angepasst werden. Dazu ist insbesondere vorgesehen, dass in einem jeweiligen Spektrum eines

Fehlersignals, d. h. einer Verzerrung der Ausgangsspannung der Leistungselektronik, das bzw. die durch einen Wechsel von Schaltzuständen der Leistungselektronik entsteht, mindestens eine spektrale Lücke erzeugt wird. Derartige Lücken sind beispielsweise für Notch- und Bandsperr-Filter typisch, wie sie insbesondere in der leistungsarmen

Signalelektronik verwendet werden, und entsprechen stark reduzierten Amplituden in einem jeweiligen ausgewählten Frequenzbereich.

Unter spektralen Eigenschaften sind im Kontext der vorgestellten Erfindung insbesondere Amplituden eines jeweiligen Frequenzspektrums eines Fehlersignals der

Ausgangsspannung einer jeweiligen Leistungselektronik zu verstehen. Da sich die Amplituden des Frequenzspektrums der Ausgangsspannung des Fehlersignals der Leistungselektronik in Abhängigkeit von Änderungen von Schaltzuständen der Leistungshalbleiter der Leistungselektronik ändern, sind unter spektralen Eigenschaften auch Amplituden eines Frequenzspektrums eines Fehlersignals jeweiliger

Leistungshalbleiter der Leistungselektronik zu verstehen. Unter einem Modulator ist im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Modul zur Steuerung von Schaltzeiten und zeitlichen Schaltabfolgen und Schaltsequenzen jeweiliger

Leistungshalbleiter einer Leistungselektronik zu verstehen.

Unter Verwendung des vorgestellten Verfahrens kann auch vorgesehen sein, die spektralen Eigenschaften einer jeweiligen Leistungselektronik bzw. jeweiliger

Leistungshalbleiter der Leistungselektronik dadurch anzupassen, dass aus der Anzahl möglicher Schaltzustände der Leistungselektronik derjenige Schaltzustand ausgewählt wird, der ein Spektrum des Fehlersignals der Ausgangsspannung der Leistungselektronik gegenüber einem aktuellen Schaltzustand der Leistungselektronik derart ändert, dass ein ausgewählter Bereich mit einem bestimmten Faktor gedämpft, d. h. in seiner Amplitude reduziert wird und, dadurch bedingt, ein Einfluss entsprechender Frequenzen des ausgewählten Bereichs auf weitere elektronische Geräte reduziert, insbesondere minimiert wird. Um einen Einfluss jeweiliger Frequenzen eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung einer Leistungselektronik auf weitere elektronische Geräte zu dämpfen bzw. zu minimieren, ist insbesondere vorgesehen, dass ausgehend von einer Anzahl vergangener Schaltzustände der Leistungselektronik, für eine Anzahl aktueller und/oder zukünftiger Schaltzustände der Leistungselektronik ein Frequenzspektrum eines entsprechenden Fehlersignals berechnet bzw. simuliert wird. Ausgehend von den simulierten

Frequenzspektren der Anzahl Schaltzustände kann derjenige Schaltzustand der

Leistungselektronik ausgewählt werden, der eine jeweilige Anforderung bestmöglich erfüllt, d. h. der ein Fehlersignal einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik bewirkt, das in seinen spektralen Eigenschaften der Anforderung entspricht oder eine unter allen alternativen Schaltzustände geringste Abweichung zu der Anforderung zeigt. Sobald der Schaltzustand, der die jeweilige Anforderung bestmöglich erfüllt, feststeht, kann die Leistungselektronik entsprechend eingestellt, d. h. können die jeweiligen Leistungshalbleiter der Leistungselektronik entsprechend geschaltet werden, wodurch eine durchschnittliche Schaltrate der Leistungshalbleiter gleichzeitig eingeregelt wird.

Insbesondere können bei Simulationen von möglichen Schaltzuständen in mehreren aufeinanderfolgenden Zeitschritten in der Zukunft, Sequenzen von Schaltzuständen simuliert und berechnet werden. Das Verfahren testet in dieser Form vorzugsweise alle Kombinationen der Schaltzustände für die zum aktuellen Zeitpunkt direkt nachfolgende Taktperiode mit den Schaltzuständen der darauffolgenden Taktperiode sowie einer vorgegebenen Anzahl von weiteren darauffolgenden Taktperioden, um jene Sequenz von Schaltzuständen für eine bestimmte Anzahl von zukünftigen Taktperioden zu ermitteln, die am Ende der zeitlich letzten dieser Taktperioden das beste Ergebnis im Sinne der Erfindung liefert. Das Verfahren kann dabei die gesamte Sequenz an die Schalter zur entsprechenden Einnahme der Schaltzustände übermitteln und somit durchführen, um erst am Ende der Sequenz die nächste Sequenz für dann zukünftige Taktperioden zu berechnen. Vorzugsweise wird jedoch lediglich ein Teil der Sequenz, besonders vorzugsweise lediglich der erste Schaltzustand der ermittelten Sequenz an die Schalter übermittelt und in den Schaltern umgesetzt und am Ende dieses Teils der Sequenz der verbleibende Teil der Sequenz verworfen und das beschriebene Vorgehen wiederholt, d. h. eine vollständig neue optimale Sequenz aus der Kombination aller zukünftig möglichen Schaltzustände ermittelt und erneut lediglich ein Teil der Sequenz an die Schalter übermittelt. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht durch Auswahl von an jeweilige Anforderungen angepassten Schaltzuständen der Leistungselektronik eine entsprechende Anpassung von durch eine Leistungselektronik erzeugten Fehlersignalen bzw. von jeweiligen spektralen Eigenschaften der Fehlersignale einer Ausgangsspannung der

Leistungselektronik, auch ohne dass ein Systemtakt einer Steuerung der

Leistungselektronik verändert bzw. moduliert werden muss. In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Anforderung in Abhängigkeit einer aktuellen Position des Fahrzeugs gewählt wird.

Da sich Anforderungen an elektrische Geräte, wie bspw. CISPR-Grenzwerte in

Abhängigkeit von Länderstandards, d. h. in Abhängigkeit einer aktuellen Position eines jeweiligen Fahrzeugs ändern können, ist in Ausgestaltung vorgesehen, jeweilige

Anforderungen an ein Frequenzspektrum eines Fehlersignals eines auszuwählenden Schaltzustands einer Leistungselektronik in Abhängigkeit einer aktuellen Position des Fahrzeugs, die bspw. mittels eines GPS-Sensors ermittelt wird, auszuwählen.

Es ist auch denkbar, dass die jeweiligen Anforderungen dynamisch an Veränderungen jeweiliger Drittgeräte, wie bspw. an einen an einem Radioempfänger eingestellten Radiosender, angepasst werden. Dazu können bspw. mit einem an dem Radiosender eingestellten Frequenzband mitlaufende, d. h. sich entsprechend einer aktuellen

Einstellung des Radiosenders ändernde, spektrale Lücken in einem Frequenzspektrum eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung einer jeweiligen Leistungselektronik als Grundlage zur Auswahl jeweiliger Anforderungen verwendet werden. Dies bedeutet, dass Schaltzustände einer Leistungselektronik in Abhängigkeit einer Anforderung ausgewählt werden, die sich dynamisch bspw. gemäß einem aktuell eingestellten Radiosender bzw. gemäß einem aktuellen Suchfenster eines Radioempfängers ändert.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Anforderung in Abhängigkeit mindestens eines

Fahrzeugparameters des Fahrzeugs gewählt wird.

Neben Veränderungen von Drittgeräten, wie bspw. Radioempfängern, können auch Veränderungen von Fahrzeugparametern, wie bspw. einer Geschwindigkeit, zur Auswahl bzw. zur Änderung einer jeweiligen Anforderung verwendet werden. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Anforderung durch ein von dem Fahrzeug umfasstes Gerät und/oder durch ein einem Nutzer zugeordnetes Gerät vorgegeben wird.

Da auch einem jeweiligen Nutzer zugeordnete Geräte, wie bspw. Smartphones anfällig für Störsignale sind, ist in Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens vorgesehen, dass jeweilige Anforderungen durch ein einem Nutzer zugeordnetes Gerät an sich oder in Kombination mit einem weiteren Gerät, wie bspw. einem Radioempfänger eines jeweiligen Fahrzeugs, vorgegeben bzw. zur Auswahl jeweiliger Anforderungen verwendet werden. Entsprechend kann eine Anforderung dahingehend ausgestaltet sein, dass von einer Leistungselektronik erzeugte Frequenzen, die ein Empfangsfrequenzband des

Radioempfängers von bspw. 101MhZ überlagern, d. h. Frequenzen im Bereich von 90MhZ bis HOMhZ, möglichst geringe Amplituden zeigen.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass alle möglichen Schaltzustände der Leistungselektronik simuliert und auf ihren Einfluss auf eine Veränderung eines Frequenzspektrums eines Fehlersignals in einem vorgegebenen Zeitbereich des mindestens einen Leistungshalbleiters überprüft werden, wobei derjenige Schaltzustand aus den simulierten Schaltzuständen zur Umsetzung in der Leistungselektronik ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird, der eine der mindestens einen Anforderung nächstkommende Veränderung des

Frequenzspektrums bewirkt. Zur Auswahl eines an einer jeweiligen Leistungselektronik einzustellenden Schaltzustands einer Leistungselektronik aus einer Anzahl simulierter Schaltzustände, ist vorgesehen, dass alle potentiell verfügbaren Schaltzustände simuliert werden und anhand eines Abgleichs von spektralen Eigenschaften von Fehlersignalen entsprechender

Ausgangsspannungen der Leistungselektronik und einer vorgegebenen Anforderung derjenige Schaltzustand aus den simulierten Schaltzuständen ausgewählt und in der Leistungselektronik eingestellt wird, der die Anforderung bestmöglich erfüllt, d. h. eine Ausgangsspannung an der Leistungselektronik bewirkt, die die Anforderung bestmöglich erfüllt. Zur Simulation aller verfügbaren Schaltzustände einer Leistungselektronik können jeweilige Leistungshalbleiter in allen möglichen Schaltzuständen und in allen

Kombinationen mit allen weiteren Leistungshalbleitern einer Leistungselektronik betrachtet werden. Ein Schaltzustand einer Leistungselektronik gibt insbesondere einen Zustand aller Leistungshalbleiter der entsprechenden Leistungselektronik an.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass das Fehlersignal eines jeden simulierten Schaltzustands der Leistungselektronik mittels einer Sigma-Delta Modulation vorverarbeitet wird, um eine Eignung eines jeweiligen Schaltzustands zur Erfüllung der mindestens einen Anforderung zu ermitteln, wobei als Integratorelement der Sigma-Delta Modulation eine exponentiell abnehmende Fensterfunktion gewählt wird, um einen Einfluss jeweiliger zurückliegender

Schaltvorgänge bzw. Schaltzustände der mindestens einen Leistungselektronik auf die Veränderung des Fehlersignals der Leistungselektronik zu reduzieren und insbesondere Schwingungen in dem Fehlersignal zu unterdrücken.

Mittels einer exponentiell abnehmenden Fensterfunktion als Integratorelement einer Sigma-Delta Modulation ist es möglich, einen Einfluss zurückliegender Schaltzustände der Leistungselektronik zu reduzieren und, dadurch bedingt, eine Stabilität der

Vorverarbeitung zu erhöhen und einen Einfluss von Schwingungen, die häufig zu

Störungen in Drittgeräten führen, auf die Sigma-Delta Modulation zu reduzieren. Die Schaltzustände der Leistungselektronik definieren sich dabei durch Zusammenschau bzw. Zusammenwirken der jeweiligen Schaltzustände der einzelnen Leistungshalbleiter der Leistungselektronik. Zur Veranschaulichung dieses Ansatzes kann das Integratorelement als ein Filter interpretiert werden, der das Fehlersignal gewichtet, um einen spektralen Strafterm, der die Werte von Amplituden ausgewählter Frequenzen, wie bspw. diejenigen von hohen Frequenzen dämpft, zu bilden. Dabei kann der Filter insbesondere einem Zielspektrum gemäß einer jeweiligen Anforderung entsprechen, wobei der Strafterm derart gewählt ist, dass jeweilige Frequenzen derart gedämpft werden, dass sich ein entsprechend gefiltertes Spektrum dem Zielspektrum bestmöglich nähert, indem bspw. Schwingungen in dem Fehlersignal minimiert werden. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass für den Fall, dass mehrere Anforderungen vorgegeben werden, mittels mindestens eines vorgegebenen Gewichtungsfaktors ein Zielspektrum ermittelt wird, das als Vorgabe zur Auswahl eines jeweiligen Schaltzustands der Leistungselektronik aus den möglichen simulierten Schaltzuständen der Leistungselektronik verwendet wird.

Mittels eines oder mehrerer Gewichtungsfaktoren können unterschiedliche oder sogar gegenläufige Anforderungen gleichzeitig berücksichtigt werden, wie beispielhaft durch Gleichung (1) gezeigt. Dabei werden die beiden Anforderungen "minimale Schaltverluste" und "hohe Genauigkeit", die sich in der Regel gegenläufig verhalten, mittels der

Gewichtungsfaktoren K und λ gewichtet, so dass beide Anforderungen gemeinsam bzw. zeitgleich bei der Auswahl eines jeweiligen Schaltzustands einer Leistungselektronik berücksichtigt werden können.

Dabei steht ε 1<2 für eine spektrale Abweichung bzw. für ein Fehlersignal (siehe Gleichung (2)), λ und K für Gewichtungsfaktoren bzw. Ausgleichsparameter, mittels derer zwischen jeweiligen Anforderungen ausbalanciert wird und θ 1<2 für eine Dichte jeweiliger

Schaltaktionen, die einer Dichte jeweiliger Schaltverluste entspricht, und S(k + 1) für den nächsten ausgewählten Schaltzustand, wobei für einen Gleichspanungswandler gelte S ε {0,1}- S beschreibt im Sinne dieser Erfindung eine zahlenwertige Repräsentation der Schaltzustände, die auf den zeitlich folgenden Schaltzustand einer jeweiligen

Leistungselektronik hinweisen. Ferner gilt Gleichung (2), um ε 1<2 zu berechnen: Dabei steht F(Ü>) für ein frequenztransformiertes, d. h. insbesondere Fouriertransformiertes quantifiziertes Ausgangssignal, Sp * (a>) für ein Zielspektrum des

Fehlersignals, und G(Ü>) für ein angestrebtes Ausgangsprofil.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass das Fehlersignal des mindestens einen Leistungshalbleiters mittels einer

Filterfunktion vorverarbeitet wird, um eine Eignung eines jeweiligen Schaltzustands zur Erfüllung der mindestens einen Anforderung zu ermitteln.

Um einen jeweiligen optimalen bzw. einen zu einer jeweiligen Anforderung am besten passenden Schaltzustand aus einer Anzahl simulierter Schaltzustände einer

Leistungselektronik zu ermitteln, ist vorgesehen, die Fehlersignale der simulierten Schaltzustände hinsichtlich ihrer spektralen Eigenschaften zu untersuchen und im Hinblick auf die jeweilige Anforderung auszuwählen. Zur Beurteilung der Eignung eines jeweiligen Schaltzustands einer Leistungselektronik zur Erfüllung der jeweiligen Anforderung ist in Ausgestaltung vorgesehen, dass die Fehlersignale der simulierten Schaltzustände der Leistungselektronik mittels einer Filterfunktion vorverarbeitet werden. Als Filterfunktion kann beispielsweise ein Bandpass bzw. Bandbreitenfilter oder ein Notch-Filter (Kerbfilter bzw. Frequenzsperrfilter) gewählt werden, der ein Frequenzspektrum eines Fehlersignals eines jeweiligen Schaltzustands einer Leistungselektronik an eine durch die Anforderung bestimmte Zielvorgabe annähert, indem beispielsweise ein bestimmter Frequenzbereich in seiner Amplitude gesenkt wird. Durch die Vorverarbeitung der Fehlersignale aller simulierten Schaltzustände einer Leistungselektronik kann ein jeweiliger am besten geeigneter Schaltzustand identifiziert und zur Einstellung an einer jeweiligen Leistungselektronik ausgewählt werden. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass als Filterfunktion eine für hohe Frequenzen zu jeweiligen Amplituden einer Anzahl ausgewählter Frequenzen umgekehrt proportional fallende Cut-Off Funktion gewählt wird. Mittels einer für hohe Frequenzen bzw. entsprechenden Amplituden der hohen

Frequenzen umgekehrt proportional fallende Cut-Off Funktion ist es möglich, eine

Filtercharakteristik zu erzeugen, wie sie für einen Bandpass typisch ist. Dies bedeutet, dass mittels der für hohe Frequenzen umgekehrt proportional fallenden Cut-Off Funktion eine Flanke eines Spektrums eines Fehlersignals eines Leistungshalbleiters abgeschnitten bzw. in seiner Amplitude stark reduziert werden kann, so dass Einflüsse der hohen Frequenzen minimiert werden. Durch die Anwendung einer Cut-Off Funktion auf ein Spektrum eines Fehlersignals ist es möglich, einen vorgegebenen Frequenzbereich des Spektrums "abzuschneiden" bzw. das Spektrum derart zu filtern, dass der vorgegebene Frequenzbereich in seinen entsprechenden Amplituden gedämpft wird.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass ausgewählte Werte des Frequenzspektrums mittels einer mathematischen Funktion in ihrer Amplitude unter einen vorgegebenen Schwellenwert reduziert werden. Um für Drittgeräte, wie beispielsweise Radioempfänger eines Fahrzeugs störende Frequenzen beim Betrieb einer Leistungselektronik, beispielsweise der

Spannungswandlung zwischen zwei Bordnetzen, zu vermeiden, ist in Ausgestaltung vorgesehen, dass ausgewählte Frequenzen bzw. Frequenzbereiche, von beispielsweise 800 kHz bis 850 kHz mittels einer mathematischen Funktion, wie bspw. einer

Filterfunktion, gedämpft, bzw. in ihrer Amplitude reduziert, d. h. in ihrer Intensität geschwächt werden. Durch eine Schwächung von ausgewählten Frequenzbereichen in ihrer Intensität entstehen sogenannte "spektrale Lücken", die insbesondere derart gewählt werden, dass diese in Betriebsbereichen von Drittgeräten gelegt werden, um jeweilige Anforderungen von bspw. den Drittgeräten zu erfüllen. Durch eine selektive Dämpfung ausgewählter Frequenzen ist es möglich, ausgewählte Bereiche eines jeweiligen Frequenzspektrums eines Fehlersignals eines Schaltzustands der

Leistungselektronik zu filtern bzw. zu dämpfen, so dass Störungen in den Drittgeräten reduziert bzw. komplett vermieden werden können. Es ist ferner möglich, eine Vielzahl von Bereichen in dem jeweiligen Frequenzspektrum mittels der mathematischen Funktion zu filtern bzw. zu dämpfen, wobei jeweilige Bereiche auch dynamisch in Abhängigkeit einer aktuellen Einstellung mindestens eines Drittgeräts des Fahrzeugs gewählt werden können. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass als Schwellenwert eine Amplitude von 40 dB gewählt wird.

Erfahrungsgemäß hat sich ein Schwellenwert von 40 dB als Schwellenwert für eine Dämpfung jeweiliger Frequenzen bewährt, da bei einer Intensität unterhalb dieses Schwellenwerts ein Einfluss auf Drittgeräte signifikant reduziert wird.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Modulator für eine Leistungselektronik, wobei der Modulator mindestens ein Steuergerät umfasst, das dazu konfiguriert ist, einen Schaltzustand der Leistungselektronik in Abhängigkeit eines Vergleichs von durch mindestens eine Vorgabe vorgegebenen spektralen Anforderungen und jeweiliger Frequenzspektren von Fehlersignalen einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik, die jeweils einem simulierten Schaltzustand der Leistungselektronik entsprechen, auszuwählen und bei gleichbleibender Taktung jeweiliger Schaltraten der

Leistungselektronik aus der Anzahl simulierter Schaltzustände an der Leistungselektronik einzustellen.

Der Schaltzustand der Leistungselektronik wird dabei durch ein Zusammenwirken jeweiliger Schaltzustände von durch die Leistungselektronik umfassten

Leistungshalbleitern definiert. Die Leistungselektronik umfasst mindestens einen, in der Regel eine Mehrzahl von Leistungshalbleitern. Der vorgestellte Modulator dient insbesondere zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, zur Regelung eines zeitlichen Mittelwerts der Ausgangsspannung des

Gleichspannungswandlers das vorgestellte Verfahren mit Spannungs- oder

Stromregelungsmethoden (insbesondere P-, PI-, und PID-Regelung, Deadbeat-Regelung, Sliding-Mode-Regelung, LQR-Regelung) zu kombinieren. Dabei wird das vorgestellte Verfahren als innere Regelschleife einer kaskadierten Regelungsstruktur verwendet, während die Spannungsregelung die äußere Regelschleife bildet.

Hierbei kann ein Offset von den berechneten Werten der zahlenwertigen Repräsentation der Schaltzustände subtrahiert werden, um den gewünschten zeitlichen Mittelwert des Ausgangssignals bzw. der Ausgangsspannung zu erreichen. Als zahlenwertige

Repräsentation der Schaltzustände im Sinne der Erfindung werden die binären Symbole (beispielsweise {0, 1}) als Zustandsbeschreibung des Zustandes eines elektrischen Schalters (offen und leitend) als numerische Zahlenwerte aufgefasst und verarbeitet, um beispielsweise numerisch Zwischenstufen zwischen den Zuständen zu beschreiben oder mathematische Operationen auszuführen, die einen mehr oder weniger kontinuierlichen oder dichten Wertebereich benötigen. Soll z. B. bei einem Tiefsetzsteller eine

Ausgangsspannung von der halben Amplitude der Eingangsspannung eingestellt werden, berechnet das vorgestellte Verfahren mittels der zahlenwertigen Repräsentation der Schaltzustände S ε {-0.5, 0.5} das Ausgangssignal, unter Beibehaltung aller

vorgestellten Vorteile. Es wird ein Verhältnis von 0.5 zwischen der Eingangs- und Ausgangsspannung durch die äußere Regelung erzwungen.

In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Modulators ist vorgesehen, dass das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, in dem Frequenzspektrum mittels der mathematischen Funktion in Abhängigkeit der mindestens einen Anforderung spektrale Lücken zu erzeugen.

Durch Erzeugen "spektraler Lücken", d. h. einer Dämpfung von ausgewählten Frequenzen in einem Frequenzspektrum eines Fehlersignals eines Schaltzustands einer

Leistungselektronik, ist es möglich, eine jeweilige Leistungselektronik so zu betreiben, dass jeweilige Drittgeräte eines Fahrzeugs bzw. eines Nutzers nicht in ihrem Betrieb beeinträchtigt werden. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den 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 Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.

Figur 1 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens, bei dem in Abhängigkeit einer aktuellen Position eines jeweiligen Fahrzeugs eine Vorgabe zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens ausgewählt wird.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufs einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens. Figur 3 zeigt Auswirkungen verschieden gewählter Gewichtungsfaktoren bei der

Berechnung eines Frequenzspektrums eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung einer Leistungselektronik gemäß einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens. Figur 4 zeigt Auswirkungen einer Filterfunktion zur Überlagerung eines

Frequenzspektrums eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung einer

Leistungselektronik gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens. Figur 5 zeigt Auswirkungen einer weiteren Filterfunktion zur Überlagerung eines

Frequenzspektrums eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung einer

Leistungselektronik gemäß noch einer weiteren möglichen Ausgestaltung des

vorgestellten Verfahrens. Figur 6 zeigt Auswirkungen einer weiteren Filterfunktion zur Überlagerung eines

Frequenzspektrums eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung einer

Leistungselektronik gemäß noch einer anderen Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens zur Erzeugung von Lücken in dem Frequenzspektrum einer

Ausgangsspannung.

Figur 7 stellt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, in der eine spektrale Regelung kaskadiert innerhalb einer Regelschleife zur Regelung der Spannung eines Anschlussklemmenpaares verwendet wird. Die Spannungsregelung kann auch durch eine Stromregelung ersetzt oder ergänzt werden.

Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufs einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens zur Beeinflussung eines Frequenzspektrums einer

Ausgangsspannung eines leistungselektronischen Schalters. Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufs einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens zur Minimierung der Schaltverluste eines

leistungselektronischen Schalters. Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens durch eine Kombination der in Figur 8 und Figur 9 dargestellten Ausgestaltungen.

In Figur 1 ist ein Fahrzeug 1 dargestellt, das ein Drittgerät in Form eines

Radioempfängers 3 sowie eine Leistungselektronik zur Steuerung eines Elektromotors des Fahrzeugs umfasst.

Da der Radioempfänger 3 in Abhängigkeit einer aktuellen Position des Fahrzeugs eingestellt wird, um bspw. nationalen Vorgaben zu entsprechen, wird die aktuelle Position des Fahrzeugs 1 mittels eines GPS-Systems 5 erfasst. Mittels der aktuellen Position des Fahrzeugs 1 werden entsprechende nationale Vorgaben aus einer Datenbank 7 abgefragt und Vorgaben an ein Fehlersignal einer Ausgangsspannung der Leistungselektronik erzeugt. In Abhängigkeit der Vorgaben wird ein Zielwert für ein Spektrum des

Fehlersignals der Ausgangsspannung der Leistungselektronik erzeugt. Dieser Zielwert bzw. ein entsprechendes Zielspektrum 9 wird als Ausgangswert für einen Vergleich verwendet, bei dem alle möglichen Schaltzustände der Leistungselektronik simuliert und auf ihre spektralen Auswirkungen auf die Ausgangsspannung der Leistungselektronik hin untersucht werden. Dies bedeutet, dass jedes Frequenzspektrum eines Fehlersignals einer gemäß einem jeweiligen simulierten Schaltzustands einer Leistungselektronik erzeugten Ausgangsspannung mit dem Zielspektrum 9 verglichen wird und der

Schaltzustand aus der Anzahl simulierter Schaltzustände ausgewählt wird, der eine Ausgangsspannung bewirkt, die dem Zielspektrum bestmöglich entspricht. Um jeweilige Anforderungen zu erfüllen, kann das Zielspektrum 9 insbesondere spektrale Lücken aufweisen, in denen die Amplituden jeweiliger Frequenzen besonders stark gedämpft sind. Bei dem in Figur 2 dargestellten Ablauf sind Sollwerte 21 durch jeweilige spezifizierte Anforderungen und vergangene Werte 23 aus einer Historie von Schaltzuständen einer Leistungselektronik bekannt. Ausgehend von den vergangenen Werten 23 werden alle möglichen alternativen Schaltzustände der Leistungselektronik in einem

Alternativenbildungsschritt 25 ermittelt. Für jeden Schaltzustand der in dem

Alternativenbildungsschritt 25 ermittelten Schaltzustände wird unabhängig voneinander ein entsprechendes Fehlersignal in einem Schritt 27 bzw. 27' ermittelt und in

Frequenztransformationsschritten 28 und 29 bzw. 28' und 29', bei denen eine Fourier- Transformation eines ausgewählten Zeitbereichs berechnet wird, auf seine spektralen Bestandteile hin untersucht. Selbstverständlich können die

Frequenztransformationsschritte 28 und 29 bzw. 28' und 29' unter Verwendung von Kurzzeitfrequenzanalysen, wie bspw. Wavelets, zu einem Schritt 30 zusammengefasst werden. Auf die jeweiligen durch die Frequenztransformationsschritte 28 und 29 bzw. 28' und 29' berechneten Frequenzspektren werden in einem Schritt 31 bzw. 31 ' ausgewählte mathematische Funktionen, wie bspw. Filter und/oder Normfunktionen angewandt, um deren Entsprechung zu jeweiligen Anforderungen zu beurteilen und in einem

Auswahlschritt 33 den Schaltzustand der Leistungselektronik auszuwählen, der eine Ausgangsspannung der Leistungselektronik bewirkt, die die Anforderungen bestmöglich erfüllt und diesen entsprechend mittels eines Modulators, wie bspw. eines

Pulsweitenmodulators in einem Stellschritt 35 an der Leistungselektronik einzustellen. Zur Beurteilung, ob ein jeweiliges Frequenzspektrum eine jeweilige Anforderung bestmöglich erfüllt, kann bspw. eine Differenz zwischen einem der Anforderung entsprechenden Spektrum und einem jeweiligen Spektrum, das einem bestimmten Schaltzustand aus den in Schritt 25 ermittelten alternativen Schaltzuständen zugeordnet ist, berechnet werden. Einem jeweiligen Schaltzustand der Leistungselektronik ist eine oder eine Mehrzahl von Konfigurationen von Schaltzuständen der von der Leistungselektronik umfassten

Leistungshalbleiter zugeordnet. Dies bedeutet, dass ein jeweiliger Schaltzustand der Leistungselektronik durch eine bestimmte Konfiguration von Schaltzuständen der einzelnen Leistungshalbleiter der Leistungselektronik realisiert wird. Dabei ist es denkbar, dass es zur Realisierung eines Schaltzustands der Leistungselektronik mehrere alternative Konfigurationen von Schaltzuständen der Leistungshalbleiter gibt.

In Figur 3 sind ein erstes Spektrum 31 und ein zweites Spektrum 33 dargestellt, wobei das erste Spektrum 31 und das zweite Spektrum 33 jeweils in einem Diagramm eingetragen sind, das sich auf der Abszisse über eine Frequenz in der Einheit Hz und auf der Ordinate über eine normierte relative Amplitude erstreckt.

Das erste Spektrum 31 zeigt Auswirkungen unterschiedlich gewählter

Gewichtungsfaktoren auf eine Gleichung, mittels derer zwei Anforderungen simultan bei der Berechnung eines Spektrums eines Fehlersignals einer Ausgangsspannung einer Leistungselektronik berücksichtigt werden. Mittels der Gewichtungsfaktoren werden Faktoren der Gleichung gemäß der zwei Anforderungen derart anpasst, dass ein entsprechendes Spektrum den zwei Anforderungen bestmöglich entspricht, d. h.

geringstmögliche Abweichungen von durch die zwei Anforderungen vorgegebenen Zielspektren zeigt. Vorliegend zeigt das erste Spektrum 31 die Auswirkungen der Auswahl von kleinen Werten bei der Bestimmung eines ersten Gewichtungsfaktors, so dass niedrige Frequenzen, bspw. in einem Bereich 35 im Vergleich zu höheren

Frequenzen in einem Bereich 37 verhältnismäßig stark gedämpft werden. Durch den Einfluss des zweiten Gewichtungsfaktors kommt es jedoch im Bereich 35 zu einer verhältnismäßig geringen Anzahl von Ausreißern 39, die zu Störungen in Drittgeräten führen könnten.

Der Fall, dass große Werte zur Bestimmung des ersten Gewichtungsfaktors gewählt werden, so dass niedrige Werte eines jeweiligen Störsignals toleriert bzw. höhere Werte des Störsignals gedämpft werden, ist durch das zweite Spektrum 33 dargestellt, das insbesondere bei hohen Frequenzen gedämpft wird, wobei einzelne sehr starke Ausreißer 39 auftreten, die als Störsignale Einfluss auf Drittgeräte haben könnten. Es hat sich herausgestellt, dass eine Möglichkeit zur Reduktion der Ausreißer 39 darin besteht, eine 5 Anzahl von Simulationsschritten von Schaltzuständen der Leistungselektronik und damit verbunden von jeweiligen Schaltzuständen der Leistungshalbleiter, die bei der

Berechnung des zweiten Spektrums 33 berücksichtigt werden, zu erhöhen. Dies bedeutet, dass eine Simulation von einer Vielzahl, wie bspw. 2, 5, 10 oder 100 in der Zukunft liegenden Schaltzuständen, die Ausreißer reduziert bzw. minimiert.

10

In Figur 4 ist ein Spektrum 43 dargestellt, das in ein Diagramm eingetragen wurde, das sich auf der Abszisse über eine Frequenz in der Einheit Hz und auf der Ordinate über eine normierte relative Amplitude erstreckt. Durch Anwendung einer Filterfunktion wurde ein dem Spektrum 43 zugrundeliegendes Fehlersignal derart aufbereitet, dass das Spektrum 15 43 einen stark abflachenden Randbereich 45 zeigt, durch den jeweilige Störfrequenzen gemäß einer jeweiligen Anforderung herausgefiltert bzw. unterdrückt werden können.

In Figur 5 ist ein Spektrum 51 dargestellt, das in ein Diagramm eingetragen wurde, das sich auf der Abszisse über eine Frequenz in der Einheit Hz und auf der Ordinate über eine

20 normierte relative Amplitude erstreckt. Durch Anwendung einer mathematischen

Filterfunktion wurde ein Bereich 53 innerhalb des Spektrums 51 , bei ca. 5000 Hz mit einer Breite von ca. 400 Hz gedämpft, um eine spektrale Lücke in dem Spektrum 51 zu erzeugen, so dass ein Drittgerät, dass sensitiv für Störsignale im Bereich von 5000 Hz ist, störungslos parallel zu einer entsprechend geregelten Leistungselektronik betrieben

25 werden kann.

In Figur 6 ist Spektrum 54 dargestellt, welches das Spektrum eines Schaltsignals eines Schalters einer Leistungselektronik unter der Anwendung einer Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens zeigt, welches in ein Diagramm eingetragen wurde, das sich auf 30 der Abszisse über eine Frequenz in der Einheit Hz und auf der Ordinate über eine normierte relative Amplitude erstreckt. Durch Anwendung einer vorberechneten mathematischen Filterfunktion werden gleichzeitig zwei Bereiche 55 und 56 von dem vorgestellten Regelungsverfahren gedämpft, um zwei spektrale Lücken in dem Spektrum 54 zu erzeugen, sodass ein Drittgerät, dass sensitiv für Störsignale in diesen beiden Bereichen ist, störungslos parallel zu einer entsprechend geregelten Leistungselektronik betrieben werden kann.

Bei dem in Figur 7 dargestellten Ablauf wird das vorgestellte Verfahren 60 in einer kaskadierten Regelung angewendet, um die Ausgangsspannung 62 eines

Gleichspannungswandlers 61 mithilfe einer äußeren Regelschleife 59 zu regeln. Dabei wird der Spannungsfehler 64 berechnet, indem die Ausgangsspannung 62 des

Gleichspannungswandlers 61 von dem Sollwert 57 subtrahiert wird. Aus dem

Spannungsfehler 64 kann folglich der Eingang zur Spannungsregelungsmethode 63 (z. B. Pl-Regler) berechnet werden. Das Verhältnis des Spannungsfehlers 64 zur

Eingangsspannung wird von der zahlenwertigen Repräsentation der Schaltzustände subtrahiert, und als Eingang des äußeren Spannungsreglers 63 verwendet. Der äußere Spannungsregler 63 berechnet den Eingang des in der Erfindung vorgestellten

Verfahrens 60. Das vorgestellte Verfahren 60 berechnet mithilfe einer

Frequenztransformation aus diesem Wert die optimalen Schaltsignale zur Ansteuerung mindestens eines Schalters der Leistungselektronik 61.

Bei dem in Figur 8 dargestellten Ablauf sind Sollwerte 58 durch jeweilige spezifizierte Anforderungen und vergangene Werte 70 aus einer Historie von Schaltzuständen einer Leistungselektronik bekannt. Mittels der Ermittlung aller möglichen Schaltzustände einer Leistungselektronik 71 und 7 , und deren Subtrahierung 65 von dem Sollwertsignal, werden alle möglichen zukünftigen Schaltzustände einer Leistungselektronik und die Historie von Schaltzuständen der Leistungselektronik mit einem zeitlich exponentiell abfallenden Fenster 66 multipliziert, um die Eingangssignale als Vektoren für die

Frequenztransformation 67 bereitzustellen. Die Resultate der Frequenztransformation 67 werden mit einem Zielspektrum 68 verglichen, woraus ein Fehlersignal im Frequenzbereich berechnet wird. Aus allen möglichen Schaltzuständen wird der

Schaltzustand mit dem für die Anwendung optimalsten Fehlersignal im Frequenzbereich in Schritt 69 bestimmt, und als Schaltsignal 74 eines Schalters einer Leistungselektronik ausgegeben.

Bei dem in Figur 9 dargestellten Ablauf sind Sollwerte 58 durch jeweilige spezifizierte Anforderungen und vergangene Werte 70 aus einer Historie von Schaltzuständen einer Leistungselektronik bekannt. Mittels der Ermittlung aller möglichen Schaltzustände einer Leistungselektronik 71 und 7 , werden alle möglichen zukünftigen Schaltzustände einer Leistungselektronik und die Historie von Schaltzuständen der Leistungselektronik evaluiert, um die Anzahl der Schaltvorgänge in dem untersuchten Zeitfenster für alle möglichen zukünftigen Schaltzustände in einem Schritt 72 zu bestimmen. Daraufhin wird in einem Schritt 73 aus allen möglichen zukünftigen Schaltzuständen der zukünftige Schaltzustand, der am besten in Einklang mit den im Voraus bestimmten Vorgaben (z. B. minimale Anzahl an Schaltzuständen) ist, ausgewählt, und in Schritt 75 als Schaltsignal eines Schalters einer Leistungselektronik ausgeben.

Bei dem in Figur 10 dargestellten Ablauf sind Sollwerte 58 durch jeweilige spezifizierte Anforderungen und vergangene Werte 70 aus einer Historie von Schaltzuständen einer Leistungselektronik bekannt. Der dargestellte Ablauf kombiniert die Rechenvorgänge der dargestellten Abläufe in Figur 8 und Figur 9. Hierbei wird sowohl die Anzahl der

Schaltzustände in dem untersuchten Zeitfenster als auch das Fehlersignal im

Frequenzbereich aller möglichen Schaltzustände für alle möglichen zukünftigen

Schaltzustände berücksichtigt, um die Auswahl des zukünftigen Schaltzustands der Leistungselektronik zu berechnen. Hierbei werden die mit dem Zielspektrum 68 verglichenen Ausgangssignale im Frequenzbereich aller möglichen zukünftigen

Schaltzustände und die Anzahl der Schaltzustände in dem untersuchten Zeitfenster für alle möglichen zukünftigen Schaltzustände in einem Schritt 77 mit einem vordefinierten Gewichtungsfaktor multipliziert, um eine gewichtete Bewertung zu berechnen. Daraufhin werden in einem Schritt 78 für alle möglichen zukünftigen Schaltzustände die gewichteten Berechnungen addiert, um die Gesamtbewertung jedes möglichen

zukünftigen Schaltzustandes zu ermitteln. Diese werden analog zu 69 und 73 durch ein im Voraus bestimmtes Verfahren 76 verglichen, um den optimalen zukünftigen

Schaltzustand zu identifizieren. Der optimale zukünftige Schaltzustand wird in Schritt 79 an einen Schalter einer Leistungselektronik weitergegeben.

Eine Ausführungsform der vorgestellten Erfindung umfasst mindestens eine integrierte Schaltung, vorzugsweise einen digitalen Signalprozessor (DSP), ein Field-programmable- Gate-Array (FPGA) oder eine applikationsspezifische integrierte Schaltung ASIC, um das Verfahren zu implementieren. Vorzugsweise misst diese Ausführungsform mittels mindestens einer Spannungsmessung mindestens eine elektrische Spannung an mindestens einem elektrischen Anschlusspaar und konvertiert das mindestens eine Signal der mindestens einen Spannungsmessung mittels einer analog-digital-Wandlung in digitale Werte für die genannte mindestens eine integrierte Schaltung. Vorzugsweise

implementiert diese Ausführungsform eine kaskadierte Regelung, bei der beispielsweise eine spektrale Regelung in eine Spannungsregelung eingebettet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Erfindung ferner mindestens eine digitale Frequenztransformation, vorzugsweise eine diskrete Fourier-Transformation. Die mindestens eine Frequenztransformation kann insbesondere mindestens ein digitales Spannungssignal unmittelbar oder mittelbar nach weiteren mathematischen Operationen in einen Frequenzbereich transformieren. Ferner kann diese Ausführungsform

mindestens ein Schieberegister umfassen. Das mindestens eine Schieberegister speichert vorzugsweise vergangene Schaltzustände der Leistungselektronik, wobei der älteste Wert in dem Speicher in jedem Taktschritt gelöscht werden kann, wenn ein neuer Wert hinzugefügt wird. Die Ausgabe der Schaltzustände, die aufgrund der Simulation der möglichen Schaltzustände als optimal identifiziert wurden, kann mittels mindestens einem digitalen Ausgang der mindestens einen integrierten Schaltung erfolgen. Vorzugsweise umfasst die Ausführungsform neben dem mindestens einen digitalen Ausgang ferner mindestens einen Gate-Treiber, der mindestens ein Signal des mindestens einen digitalen Ausganges empfängt und dieses Signal für mindestens einen elektronischen Schalter elektrisch verstärkt.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Regelungskaskade, die mindestens eine Spannungsregelung und mindestens eine spektrale Regelung umfasst, ferner mindestens zwei integrierte Schaltungen umfassen, wobei davon mindestens eine integrierte

Schaltung eine Spannungsregelung umfassend mindestens einen analog-digital-Wandler, mindestens einen digitalen Ausgang zur Ausgabe von Schaltzuständen und mindestens einen Regler implementiert und mindestens eine integrierte Schaltung eine spektrale Regelung umfassend mindestens eine Frequenztransformation, mindestens ein

Schieberegister, mindestens eine Vektordifferenzeinheit zur Berechnung der Differenz zweier Vektoren und mindestens eine kumulative Summeneinheit, die als Eingang mindestens einen Vektor erhält und die Summe der Einträge des Vektors berechnet, implementiert. Bei Berechnung der Differenz zweier Vektoren wird vorzugsweise unmittelbar oder mittelbar nach weiteren mathematischen Operationen die

Vektordifferenz zwischen den Spektren von einer simulierten Spannung und einem Zielspektrum berechnet.