Untitled - vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich

318 17 Nichtidealitäten im Modulator und im Leistungskreis
Es lässt sich zeigen, dass für Sollwert und Trägersignal die Zeitauflösung pro Periode
etwa gleich der jeweiligen Amplitudenauflösung sein sollte. Praktische Realisierungen
mit 8 Bit Wortbreite ergeben schon sehr geringe Abweichungen der Schaltfunktionen
vom idealen Verlauf.
Die Resultate für die zeitliche Auflösung gelten näherungsweise für beliebige Modulationsverfahren
(z.B. Off-Line Verfahren), wenn für Δt=T 1/100q eingesetzt wird. D.h. mit
steigender Schaltzahl q muss der Modulator eine immer bessere Zeitauflösung aufweisen.
Beispiel: bei einer Schaltzahl von q=20 und einer Grundfrequenz von 50Hz resultiert für
die Zeitauflösung Δt=T 1/100q=10μs.
17.1.2 Minimale Pulsweiten
Leistungshalbleiter sollten immer während einer minimalen Zeit Tmin ein- bzw. ausgeschaltet
sein. Wie in Kapitel 3.1.2 besprochen besteht sonst die Gefahr, dass sie durch
punktuelle Überhitzung oder weil die Entlastungsnetzwerke noch nicht richtig vorbereitet
sind, überlastet werden. In Kapitel 19.3 sind Massnahmen zur Einhaltung dieser Bedingungen
beschrieben. Die Minimalzeit kann auf verschiedene Arten gewährleistet werden:
eine erste Möglichkeit ist, zu kurze Pulse in den Schaltfunktionen immer auf Tmin zu verlängern.
Ein zweiter Ansatz ist das Auslassen von Pulsen kürzer als Tmin. An dieser Stelle
soll der Einfluss der kombinierten Anwendung der beiden Verfahren betrachtet werden:
sind die Pulse länger als Tmin/2 werden sie auf Tmin verlängert und andernfalls ausgelassen.
Dies entspricht einem einfachen Auf- bzw. Abrunden der Pulsweiten. Die Anpassung
ist nur bei grossem Modulationsgrad nötig, da nur dann kurze Pulse auftreten können.
Bei Trägerverfahren entspricht die Korrektur der Pulsweiten einer Modulation mit dem
in Bild 17.6 dargestellten modifizierten Sollwert. Diese Darstellung zeigt direkt, wie die
resultierende Mittelpunktspannung nach dem Ausfiltern der hochfrequenten Anteile aussieht.
Mittels einfacher geometrischer Überlegungen ist einsehbar, dass die Pulsweiten direkt
durch die Sollwertamplitude bestimmt sind. Im Beispiel wird der Sollwert xA,Soll ( xˆ
A, Soll≤1)
zwischen 0.8 und 0.9 auf 0.8 abgerundet. Über 0.9 wird auf eins aufgerundet.
Die resultierenden Pulse haben damit ein minimale Länge von 0.2T T oder aber null. (Die
gewählte Minimalzeit ist aus Darstellungsgründen sehr gross gewählt.) Mit diesem neuen,
verzerrten Sollwertverlauf wird eine ganz normale Trägermodulation vorgenommen. In
der Schaltfunktion ist besonders der Bereich des Aufrundens deutlich; dort fehlen die Pulse,
d.h. die Schaltfrequenz wird kleiner. Im Bild rechts ist das Spektrum der Schaltfunktion
mit und ohne Korrektur der Pulsweiten dargestellt. Wie zu erwarten war, enthält das
gerundete Pulsmuster niederfrequente Verzerrungen, herrührend von den verzerrten Sollwerten.
Die vorgestellte einfache Realisierung funktioniert einwandfrei, solange der Sollwert
nach oben begrenzt wird, d.h. gar keine kurzen Pulse auftreten können. Wird aufgerundet,
so kann im Bereich des Sollwertsprunges auf eins bei unglücklicher Phasenlage zwischen
Sollwert und Träger die minimale Pulsweite unterschritten werden. Dies kann geschehen,
wenn ein Puls kurz vor dem Aufrund-Zeitpunkt angefangen wird. Springt der Sollwert als
Folge des Rundens auf eins, so wird der Puls sofort beendet wie in Bild 17.7 dargestellt.
Die Pulsweitenbegrenzung durch Aufrunden des Sollwertes darf deshalb höchstens bei
synchronen Pulsmustern angewendet werden.