GERA024 December   2022 AMC1202 , AMC1302 , AMC1306M05 , AMC22C11 , AMC22C12 , AMC23C10 , AMC23C11 , AMC23C12 , AMC23C14 , AMC23C15 , AMC3302 , AMC3306M05

 

  1.   1
  2.   Kurzfassung
  3.   Marken
  4. 1Einführung
    1. 1.1 DC-Ladestation für Elektrofahrzeuge
    2. 1.2 Auswahl der Strommesstechnologie und äquivalentes Modell
      1. 1.2.1 Strommessung mit Shunt-basierter Lösung
      2. 1.2.2 Äquivalenzmodell der Sensortechnologie
  5. 2Strommessung in AC/DC-Wandlern
    1. 2.1 Grundlegende Hardware und Steuerungsbeschreibung von AC/DC
      1. 2.1.1 AC Stromregelkreise
      2. 2.1.2 Gleichspannungsregelkreis
    2. 2.2 Punkt A und B – AC/DC AC-Phasenstrommessung
      1. 2.2.1 Auswirkungen der Bandbreite
        1. 2.2.1.1 Stationäre Zustandsanalyse: Grund- und Nulldurchgangs-Ströme
        2. 2.2.1.2 Transientenanalyse: Sprungleistung und Spannungseinbruchverhalten
      2. 2.2.2 Auswirkungen der Latenz
        1. 2.2.2.1 Fehleranalyse: Kurzschluss im Stromnetz
      3. 2.2.3 Auswirkungen des Verstärkungsfehlers
        1. 2.2.3.1 Spannungsstörung in AC/DC durch Verstärkungsfehler
        2. 2.2.3.2 AC/DC-Antwort auf durch Verstärkungsfehler verursachte Stromversorgungsstörung
      4. 2.2.4 Auswirkungen des Offset
    3. 2.3 Punkt C und D – AC/DC DC-Link-Strommessung
      1. 2.3.1 Auswirkungen der Bandbreite auf die Feed-Forward-Leistung
      2. 2.3.2 Auswirkungen der Latenz auf den Schutz der Leistungsschalter
      3. 2.3.3 Auswirkungen des Verstärkungsfehlers auf die Leistungsmessung
        1. 2.3.3.1 Transientenanalyse: Feed Forward in Punkt D
      4. 2.3.4 Auswirkungen des Offset
    4. 2.4 Zusammenfassung der positiven und negativen Punkte an den Punkten A, B, C1/2 und D1/2 sowie Produktvorschläge
  6. 3Strommessung in DC/DC-Wandlern
    1. 3.1 Grundlegendes Funktionsprinzip eines isolierten DC/DC-Wandlers mit Phasenverschiebungssteuerung
    2. 3.2 Punkt E, F – DC/DC-Strommessung
      1. 3.2.1 Auswirkungen der Bandbreite
      2. 3.2.2 Auswirkungen des Verstärkungsfehlers
      3. 3.2.3 Auswirkung des Offsetfehlers
    3. 3.3 Punkt G – DC/DC-Tankstrommessung
    4. 3.4 Zusammenfassung der Sensorpunkte E, F, G und Produktvorschläge
  7. 4Fazit
  8. 5Quellennachweise

2.1.1 AC Stromregelkreise

Die kontrollierte Leistungsumwandlung zwischen Wechselstrom und Gleichstrom wird durch Synchronisation der Steuereinheit mit der Netzfrequenz erreicht, wobei eine kontrollierte Amplitude und Phase der vom Netz abgespeisten Ströme erreicht wird. Um die MCU mit dem Stromnetz zu synchronisieren, werden die Netzspannungen (V_L1_A, V_L2_A, V_L3_A) von der MCU abgetastet und in eine phasenverriegelte Schleife (PLL) eingespeist11. Mithilfe der PLL-Ergebnisse (cos(φ), sin(φ)) sowie der Clarke- und Park-Transformationen kann das Dreiphasensystem mithilfe der Referenztechnik des rotierenden Rahmens (dq-Frame-Control) gesteuert werden, wodurch die Steuerung vereinfacht und verbessert wird.

Abbildung 2-2 ist eine schematische Darstellung des Stromregelkreises, der in einem AC/DC-Wandler implementiert ist. Dabei wird der gemessene ID- und IQ-Wert verwendet, indem die Clarke- und Park-Transformation entweder auf I_L1_A, I_L2_A, I_L3_A oder I_L1_B, I_L2_B, I_L3_B angewendet wird.

dq-Stromregelung (Feed Forward, PI-Proportionalregelung)Abbildung 2-2 dq-Stromregelung (Feed Forward, PI-Proportionalregelung)

Abbildung 2-2 zeigt, dass die Ströme mit zwei PI-Controllern gesteuert werden können:

  • Durch Ändern des Referenzstroms, der als Gleichstrom (Idar*) bezeichnet wird, können die Dreiphasenströme phasenweise in Bezug auf die entsprechenden Netzspannungen geregelt werden. Diese Funktion ermöglicht eine direkte Steuerung der Werkleistung, die durch den AC/DC entladen oder bezogen wird, wie in Gleichung 8 dargestellt, wobei P_Rec die dreiphasige Wirkleistung ist. Durch das Ändern des Vorzeichens des Referenzstroms kann die Stromquelle entsprechend abgeleitet und eingespeist werden.
  • Durch Ändern des Referenzstroms, der Quadraturstrom (I_q*) genannt wird, können die Dreiphasenströme um 90 Grad phasenverschoben in Bezug auf die entsprechenden Netzspannungen geregelt werden. Durch Ändern dieses Wertes kann eine direkte Steuerung der Blindleistung erreicht werden, wie in Gleichung 2 gezeigt, wobei Q die gesamte dreiphasige Blindleistung ist. Durch Ändern des Vorzeichens des Referenzstroms kann die kapazitive oder induktive Leistung geändert werden, die vom Gerät abgeführt wird.
Gleichung 1. P_Rec=32VdId*
Gleichung 2. Q=32VdIq*

Zusätzlich zu den PI-Controllern werden in der Regel Feed Forward (FFW) in Stromschleifen implementiert, um die Reaktionszeit zu verringern und Abhängigkeiten der Regelkreisbandbreiten zu beseitigen, wenn sich Variablen im System ändern (z. B. wenn V_DC nicht kompensiert wird, wenn V_DC abnimmt, kann sich die Bandbreite des Regelkreises erhöhen und Instabilitäten verursachen).