DE-102024210674-A1 - Pulsweitenmodulationssignalgenerator und Verfahren

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung zum Erzeugen von PWM-Modulationssignalen, beispielsweise eines optimierten Impulsmusters OPP, ist vorgesehen. Ein ADC 42 gibt den Winkel des Motors aus und ist mit einem Coprozessor 52, beispielsweise einem digitalen Signalprozessor DSP, verbunden. Der Coprozessor 52 weist einen Beobachter 44, der mit den Winkeleingängen zum Erzeugen eines Motorwinkels verbunden ist, und eine Nachschlagetabelle 48 zum Erzeugen eines PWM-Signals als eine direkte Funktion des erzeugten Motorwinkels auf. Eine Berechnungseinheit 46 weist einen Eingang auf, der mit dem Coprozessor 52 verbunden ist, wobei die Berechnungseinheit eingerichtet ist, um eine Nachschlagetabelle basierend auf dem erzeugten Motorwinkel auszuwählen und die ausgewählte Nachschlagetabelle als die Nachschlagetabelle 48 zu speichern.

Inventors

• Mihail Jefremow
• Jürgen Schäfer
• Alberto Trentin
• Klaus Scheibert
• Arndt Voigtländer
• Michael Augustin

Assignees

• INFINEON TECHNOLOGIES AG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241106

Claims (17)

1. Halbleitervorrichtung zum Erzeugen eines Impulsmustersignals, umfassend: einen Analog-Digital-Wandler, ADC, zur Verbindung mit einem Motor, der einen Ausgang zum Anzeigen des Winkels des Motors aufweist, einen Coprozessor, der einen mit dem Ausgang des ADC verbundenen Winkeleingang, einen mit dem Einkeleingang verbundenen Beobachter zum Bestimmen eines Motorwinkels , eine Coprozessor-Nachschlagetabelle zum Erzeugen eines Impulsmustersignals als eine direkte Funktion des bestimmten Motorwinkels und einen Impulsmustersignalausgang zum Ausgeben des Impulsmustersignals aufweist, und eine Berechnungseinheit, die einen mit dem Coprozessor verbundenen Eingang aufweist, wobei die Berechnungseinheit eingerichtet ist, um eine Nachschlagetabelle aus einer Vielzahl von Nachschlagetabellen basierend auf den bestimmten Motorbedingungen, wie z. B. Beschleunigung und Drehmoment, auszuwählen und die ausgewählte Nachschlagetabelle als die Coprozessor-Nachschlagetabelle in dem Coprozessor zu speichern.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 , ferner umfassend einen Speicher, der die Vielzahl von Nachschlagetabellen speichert, und eine Direktspeicherzugriffsvorrichtungs-Einheit, DMA, zum Laden einer durch die Berechnungseinheit ausgewählten Nachschlagetabelle direkt in den Coprozessor als die Coprozessor-Nachschlagetabelle.
3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , wobei der Beobachter einen Schleifenausgang umfasst, der mit der Berechnungseinheit verbunden ist, und eingerichtet ist: um ferner eine Motordrehzahl zu bestimmen; um die bestimmte Motordrehzahl und den bestimmten Motorwinkel durch den Schleifenausgang an die Berechnungseinheit auszugeben; und um den Winkel an die Nachschlagetabelle auszugeben; wobei die Berechnungseinheit eingerichtet ist, um die Nachschlagetabelle basierend auf dem bestimmten Motorwinkel und der bestimmten Motordrehzahl auszuwählen.
4. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nachschlagetabelle eingerichtet ist, um das Impulsmustersignal mit einer ersten Rate zu erzeugen, und die Berechnungseinheit eingerichtet ist, um das Impulsmustersignal mit einer zweiten Rate auszuwählen, wobei die zweite Rate mindestens fünfmal langsamer als die erste Rate ist.
5. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Zeitgebereinheit, die mit dem Impulsmustersignalausgang des Coprozessors verbunden ist, wobei die Zeitgebereinheit aufweist: einen Eingang, der mit dem Impulsmustersignalausgang des Coprozessors verbunden ist, und einen positivseitigen Ausgang und einen negativseitigen Ausgang zum Ausgeben von Highside- und Lowside- Impulsmustersignalen zum Ansteuern einer Halbbrücke.
6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5 zum Ansteuern eines Wechselrichters für einen Dreiphasenmotor, wobei der Wechselrichter drei Halbbrücken aufweist, wobei die Zeitgebereinheit drei Ausgangspaare zum Ansteuern jeweiliger Halbbrücken umfasst, wobei jedes Ausgangspaar einen positivseitigen Ausgang und einen negativseitigen Ausgang umfasst.
7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5 , umfassend: drei parallele Nachschlagetabellen, wobei jede Nachschlagetabelle zum Erzeugen eines jeweiligen PWM-Signals als eine direkte Funktion des erzeugten Motorwinkels dient, und drei parallele Impulsmustersignalausgänge zum Ausgeben des Impulsmustersignals an eine jeweilige Zeitgebereinheit.
8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7 , wobei die Halbleitervorrichtung ferner umfasst: einen Abtastzeit-Service-Request-Link von dem Coprozessor zu der Zeitgebereinheit; wobei der Coprozessor eingerichtet ist, um eine Vielzahl von Impulsmustersignalen zu erzeugen, um die Vielzahl von Impulsmustersignalen sequenziell auf dem Impulsmustersignalausgang auszugeben und um ein Signal auf dem Abtastzeit-Service-Request-Link an die Zeitgebereinheit auszugeben, wenn ein Impulsmusterausgangssignal auf dem Impulsmustersignalausgang verfügbar ist.
9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8 , wobei die Zeitgebereinheit enthält: eine Abtasteinheit, die einen Eingang aufweist, der mit dem Impulsmusterausgang des Coprozessors verbunden ist, um das Impulsmustersignal auf dem Impulsmustersignalausgang abzutasten, wenn es auf dem Abtastzeit-Service-Request-Link angezeigt wird, und eine Totzeit- und Inversionseinheit, die einen Abtasteingang umfasst, der mit dem Ausgang der Abtasteinheit verbunden ist, ferner umfassend die positivseitige Ausgangseinheit und die negativseitige Ausgangseinheit für jedes Ausgangspaar, wobei die Totzeit- und Inversionseinheit eingerichtet ist, um die Highside- und Lowside-Impulsmustersignale auf der positivseitigen Ausgangseinheit bzw. der negativseitigen Ausgangseinheit aus dem Signal auf dem Abtastsignaleingang zu erzeugen.
10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 , ferner umfassend einen Synch-Service-Request-Link von dem ADC zu der Zeitgebereinheit zum Signalisieren des Vorhandenseins neuer digitalisierter Daten, die durch den ADC erfasst werden.
11. System, umfassend: eine Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und mindestens eine Halbbrücke, die jeweils einen Highside-Transistor, der mit einem positivseitigen Ausgang der Halbleitervorrichtung verbunden ist, und einen Lowside-Transistor, der mit einem negativseitigen Ausgang der Halbleitervorrichtung verbunden ist, enthält.
12. Verfahren zum Erzeugen eines Impulsmustersignals, umfassend: Digitalisieren eines Signals, das einen Winkel eines Motors darstellt, Bestimmen eines Motorwinkels aus dem digitalisierten Signal unter Verwendung eines Beobachters; Verwenden einer Nachschlagetabelle zum Erzeugen eines Impulsmustersignals als eine direkte Funktion des erzeugten Motorwinkels und Ausgeben des Impulsmustersignals, und Auswählen einer Nachschlagetabelle in einer Berechnungseinheit basierend auf den bestimmten Motorbedingungen, wie z. B. Beschleunigung und Drehmoment, und Speichern der ausgewählten Nachschlagetabelle als die Nachschlagetabelle.
13. Verfahren nach Anspruch 12 , ferner umfassend Erzeugen einer Motordrehzahl unter Verwendung des Beobachters und Ausgeben der Motordrehzahl an die Berechnungseinheit.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 , ferner umfassend: Erzeugen eines Highside-Signals und eines Lowside-Signals zum Ansteuern einer Halbbrücke mit dem Impulsmustersignal und Ansteuern der Halbbrücke mit dem Highside-Signal und dem Lowside-Signal.
15. Verfahren nach Anspruch 12 , 13 oder 14 zum Ansteuern eines Wechselrichters für einen Dreiphasenmotor, wobei der Wechselrichter drei Halbbrücken aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Verwenden von drei Nachschlagetabellen zum Erzeugen von drei jeweiligen Impulsmustersignalen jeweils als eine direkte Funktion des erzeugten Motorwinkels und Ausgeben der Impulsmustersignale.
16. Verfahren nach Anspruch 15 , ferner umfassend Ausgeben der Vielzahl von PWM-Signalen sequenziell auf einem Impulsmustersignalausgang und Ausgeben eines Signals auf einem Abtastzeit-Service-Request-Link an ein Signal, wenn ein Impulsmusterausgangssignal auf dem Impulsmustersignalausgang verfügbar ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16 , umfassend Erzeugen des Impulsmustersignals mit einer ersten Rate, und Auswählen des Impulsmustersignals mit einer zweiten Rate, wobei die zweite Rate mindestens fünfmal langsamer als die erste Rate ist.

Description

Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Pulsweitenmodulationssignals und eine Halbleitervorrichtung zum Erzeugen des Signals, insbesondere zur Verwendung beim Antreiben eines Motors. Hintergrund der Erfindung Es besteht ein Bedarf zum effizienten Antreiben von Elektromotoren. Beispielsweise wird in dem Antriebsstrang eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs der Elektromotor von einer Batterie durch eine Anzahl von Treibern angetrieben. Typischerweise werden sechs Leistungstransistoren, die als drei Halbbrücken angeordnet sind, verwendet, um einen Dreiphasen-Elektromotor anzutreiben. Die Leistungstransistoren werden durch Signale, typischerweise Pulsweitenmodulationssignale, angetrieben, d. h. die Transistoren sind entweder aus oder eingeschaltet. Die Leistungstransistoren werden durch einen Treiber angetrieben, der durch eine Steuereinheit, beispielsweise einen Mikrocontroller, gesteuert wird, der die Signale erzeugt. Ein Ansatz ist als Raumzeiger-Pulsweitenmodulation, PWM, bekannt. Wenn dieser Ansatz verwendet wird, ermöglicht eine höhere Schaltfrequenz die Erzeugung eines PWM-Signals mit reduzierter Welligkeit und geringerer harmonischer Verzerrung, was geringere Verluste in dem Motor ermöglicht. Es besteht ein allgemeiner Bedarf an Ansätzen, die übermäßige Verluste in Motoren vermeiden. Kurzdarstellung der Erfindung Gemäß einem ersten Beispiel ist eine Halbleitervorrichtung zum Erzeugen eines Impulsmustersignals vorgesehen, umfassend:einen Analog-Digital-Wandler, ADC, zur Verbindung mit einem Motor, der einen Ausgang zum Anzeigen des Winkels des Motors aufweist,einen Coprozessor, der einen mit dem Ausgang des ADC verbundenen Winkeleingang, einen mit dem Winkeleingang verbundenen Beobachter zum Bestimmen eines Motorwinkels, eine Coprozessor-Nachschlagetabelle zum Erzeugen eines PWM-Impulsmustersignals als eine direkte Funktion des bestimmten Motorwinkels und einen Impulsmustersignalausgang zum Ausgeben des Impulsmustersignals aufweist, undeine Berechnungseinheit, die einen mit dem Coprozessor verbundenen Eingang aufweist, wobei die Berechnungseinheit eingerichtet ist, um eine Nachschlagetabelle aus einer Vielzahl von Nachschlagetabellen basierend auf den bestimmten Motorbedingungen, wie z. B. Beschleunigung und Drehmoment, auszuwählen und die ausgewählte Nachschlagetabelle als die Coprozessor-Nachschlagetabelle in dem Coprozessor zu speichern. Durch Verwenden einer Nachschlagetabelle in dem Coprozessor stellt das Beispiel eine erste Schleife bereit, die direkt von der Winkelmessung angetrieben wird; dies kann eine schnelle Schleife liefern, ohne komplexe Strukturen in der Halbleitervorrichtung zu erfordern. Durch Erzeugen des Impulsmustersignals direkt von dem Analog-Digital-Wandler, ADC, kann das Impulsmustersignal so schnell geliefert werden, wie der ADC ein Signal liefern kann. Somit liefern der ADC und der DSP eine schnelle Schleife; das Aktualisieren der Nachschlagetabelle durch die Berechnungseinheit stellt eine zweite, langsamere äußere Schleife dar. Zum Beispiel kann die schnelle Schleife auf einem Zeitrahmen von weniger als 10 µs, zum Beispiel weniger als 2 µs, arbeiten, während die äußere Schleife einschließlich der Berechnungseinheit auf einem Zeitrahmen von mehr als 20 µs, zum Beispiel mehr als 40 µs, arbeiten kann. Dies ermöglicht wiederum die Verwendung eines herkömmlichen Mikrocontroller-Mehrzweckkerns, um die Berechnungen in der äußeren Schleife zu liefern; alternative Ausführungsformen können alternative Hardware verwenden, zum Beispiel einen alternativen Kern, zum Beispiel in einer parallelen Verarbeitungseinheit. Kurze Beschreibung der Zeichnungen Beispiele der Erfindung werden nun rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:1 ein optimiertes Impulsmuster (A) und ein regelmäßiges Impulsmuster (B) veranschaulicht.2 Ansteuersignale für einen Treiber zusammen mit einem Treiber veranschaulicht;3 eine beispielhafte Anordnung veranschaulicht;4 eine weitere beispielhafte Anordnung veranschaulicht;5 PWM-Signale veranschaulicht;6 Ansteuersignale veranschaulicht;7 eine weitere beispielhafte Anordnung veranschaulicht; und8 Signale veranschaulicht, die der Anordnung von 7 entsprechen. Detaillierte Beschreibung Ein Beispiel der Erfindung wird rein beispielhaft vorgestellt. 1 zeigt ein Beispiel eines optimierten Impulsmusters, das zum Antreiben eines Motors (A) verwendet wird, und eines herkömmlichen regelmäßigen Impulsmusters (B). Das regelmäßige Impulsmuster (B) beginnt Impulse in einem regelmäßigen Intervall und passt die Länge des Impulses an, um eine Pulsweitenmodulation (PWM) bereitzustellen. Optimierte Impulsmuster, OPP, können verwendet werden, um ein Signal mit einer geringeren gesamten harmonischen Verzerrung, THD, als eine Raumzeiger-Pulsweitenmodulation zu liefern. In solchen optimierten Mustern ist das Schalten nicht darauf beschränkt, in regelmäßigen Intervallen zu sein, sondern zu Zeiten, die für geringere TH