Regelsystem zur Einstellung des optimalen Schaltzeitpunktes bei Schaltflankensynchronisation

Abstract

Durch den vermehrten Einsatz von neuartigen schnellschaltenden Leistungstransistoren auf Basis von Halbleitermaterialien mit großer Bandlücke und der Miniaturisierung von leistungselektronischen Schaltungen werden Probleme, verursacht durch EMV-Störungen, immer größer. Herkömmlich werden hierfür EMV-Filter eingesetzt, welche jedoch in ihrer Größe und ihres Gewichts steigen. Deshalb wird versucht, diese herkömmlichen EMV-Filter zu vermeiden. Eine Möglichkeit dabei ist der Einsatz von aktiven EMV-Filtern. Hierbei werden dem Störsignal entgegengesetzte Signale erzeugt und so aufgeschaltet, dass sie das Störsignal vermindern [1– 3]. Eine weitere Möglichkeit die Störsignale zu vermindern ist die Synchronisation entgegengesetzter Schaltflanken [4–10]. Hierbei werden jeweils eine steigende und fallende Schaltflanke miteinander synchronisiert, sodass sich die erzeugten Gleichtaktstörungen gegenseitig kompensieren. Entscheidend für die Kompensation sind gleich große Schaltgeschwindigkeiten, ein symmetrischer Ausbreitungsweg der Störungen und möglichst gleichzeitig auftretende Schaltzeitpunkte. Durch Laufzeitunterschiede im Gatepfad, wie beispielsweise die des Gatetreibers, treten die Schaltzeitpunkte zweier Transistoren trotz gleichzeitigem Schaltbefehl aus dem Ansteuersystem nicht gleichzeitig auf. Diese Unterschiede sollen im Regelsystem dieses Beitrages automatisch kompensiert werden und die Schaltbefehle so aufbereitet werden, dass die Schaltzeitpunkte gleichzeitig auftreten. Für ein Regelsystem sind im allgemeinen folgende Komponenten nötig. Zunächst muss eine Größe erfasst werden, welche den Zustand des Systems beschreibt. Mit dieser Größe muss es möglich sein, eine ausreichend große Abhängigkeit der Störungen vom Schaltzeitpunkt zu messen. Anhand dieser Messgröße kann ein Regelalgorithmus den optimalen Schaltzeitpunkt, welcher über ein geeignetes Stellglied einstellbar sein muss, bestimmen. [11] beschreibt ein solches Regelsystem, welches die Schaltflanken aufeinander abstimmt. Dieser Beitrag unterscheidet sich jedoch deutlich in der Erfassung und Bewertung des Systemzustandes. Weiterhin wird in [11] eine Einstellung des Schaltzeitpunktes in deutlich gröberen Zeitschritten vorgestellt. Die Schrittweite der einzelnen Schaltzeitpunkte ist in [11] durch die Modulation bedingt im Bereich mehrerer Nanosekunden. Dieser Beitrag präsentiert ein Regelverfahren zur Einstellung eines optimierten Schaltzeitpunktes mit einer Auflösung von 100 ps.