專利名稱：測試功率輸出級的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測試功率輸出級的方法和裝置，所述功能輸出級具有至少一個半橋，該半橋包括串聯(lián)的、其上加有工作電壓的上位和下位半導(dǎo)體開關(guān)，該至少一個半橋的半導(dǎo)體開關(guān)之間的連接點構(gòu)成輸出端。
背景技術(shù)：
設(shè)置了半導(dǎo)體開關(guān)的功率輸出級除用于其他事物以外還在機動車中用于驅(qū)動負(fù)載、如直流電機。低阻功率MOSFET的迅速發(fā)展意味著甚至有可能以低成本驅(qū)動千瓦級的負(fù)載。在機動車中，有可能以物理上彼此隔開的方式設(shè)置功率輸出級和負(fù)載，在這種情況下，負(fù)載饋電線路到地或到電池電壓的短路可導(dǎo)致大故障電流。由于這些電路的耐受度、內(nèi)阻和所用的大電流，通常在這些電路中不使用熔絲。此外，功率輸出級中有故障的MOSFET可導(dǎo)致大故障電流流過。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于功率輸出級的測試方法，以便在短路時切斷工作電壓或使工作電壓一開始就完全不導(dǎo)通，從而保護功率輸出級和機動車電源系統(tǒng)不受損壞。

發(fā)明內(nèi)容
就本發(fā)明的方法而言，本發(fā)明目的是通過如下由控制裝置執(zhí)行的步驟來實現(xiàn)的-在半導(dǎo)體開關(guān)未導(dǎo)通時進(jìn)行測試，以確定輸出端上的電壓是否在預(yù)定中心容限帶內(nèi)；
-在上位半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時進(jìn)行測試，以確定輸出端上的電壓是否在預(yù)定高容限帶內(nèi)；-在下位半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時進(jìn)行測試，以確定輸出端上的電壓是否在預(yù)定低容限帶內(nèi)，以及，當(dāng)所有輸出電壓在相應(yīng)的容限帶內(nèi)時，就確定輸出功率級是正常的。
一種有利的改進(jìn)為，在測試期間及之前，通過限流裝置提供工作電壓，一旦確定功率輸出級是正常的，就不加限流地提供工作電壓。
另一種有利的改進(jìn)在于，半導(dǎo)體開關(guān)在測試期間以既不造成損壞又不影響負(fù)載或只輕微影響負(fù)載的方式短暫地導(dǎo)通，以及一旦確定輸出級是正常的，則向半導(dǎo)體開關(guān)提供用于正常操作的驅(qū)動脈沖。對于正常的半導(dǎo)體開關(guān)，少于1至2毫秒的導(dǎo)通時間可能是合適的。
只需要少量附加電阻和總是設(shè)置在控制裝置中的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入來執(zhí)行本發(fā)明方法。這些模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器連同控制裝置中的合適的程序共同起窗口比較器的作用，窗口比較器還可以以不同方式來實現(xiàn)。
本發(fā)明的方法允許在測試期間以負(fù)載不受影響或受輕微影響的不同方式來評估功率輸出級的狀態(tài)?？梢栽诠β瘦敵黾墝?dǎo)通之前(例如在操作機動車的點火鑰時)或在工作期間的每種場合下自動進(jìn)行測試。
本發(fā)明的方法可以對具有一個或多個半橋的功率輸出級執(zhí)行。就具有至少兩個半橋的功率輸出級而言，本發(fā)明方法規(guī)定，在上位和下位半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通期間對各半橋中的每個半導(dǎo)體開關(guān)順序進(jìn)行測試。此方法還使得有可能通過評估對不同半橋的測試期間的輸出電壓來識別輸出端和負(fù)載之間的線路中斷。
本發(fā)明的裝置這樣實現(xiàn)所述目標(biāo)將至少一個半橋的輸出電壓和工作電壓提供給窗口比較器的輸入端，所述窗口比較器與控制半導(dǎo)體開關(guān)的驅(qū)動電路的控制裝置相連，以及控制裝置配備有用于執(zhí)行下列步驟的程序-在半導(dǎo)體開關(guān)未導(dǎo)通時進(jìn)行測試，以確定輸出端上的電壓是否在預(yù)定中心容限帶內(nèi)；-在上位半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時進(jìn)行測試，以確定輸出端上的電壓是否在預(yù)定高容限帶內(nèi)；-在下位半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時進(jìn)行測試，以確定輸出端上的電壓是否在預(yù)定低容限帶內(nèi)，以及，當(dāng)所有輸出電壓在相應(yīng)的容限帶內(nèi)時，就確定輸出功率級是正常的。
開發(fā)本發(fā)明裝置的關(guān)鍵在于，用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器構(gòu)成窗口比較器，而且在控制裝置中將模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出值與容限帶作比較。
因為功率輸出級的工作電壓通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于微處理器或數(shù)字信號處理器的工作電壓，所以在本發(fā)明裝置的一種改進(jìn)中，至少一個半橋的輸出和工作電壓通過分壓器與窗口比較器的輸入端相連。
為了確保在半導(dǎo)體開關(guān)截至?xí)r輸出端上有可再現(xiàn)的電壓，可以為本發(fā)明的裝置配備在半導(dǎo)體開關(guān)截至?xí)r使相應(yīng)的輸出電壓在預(yù)定中心容限帶內(nèi)的部件。此部件最好這樣設(shè)計由連接在所述輸出端和工作電壓源之間的電阻構(gòu)成，該電阻與分壓器一起在所述輸出端上形成在中心容限帶內(nèi)的電壓。其他合適的部件是適當(dāng)?shù)拈T驅(qū)動器。
在本改進(jìn)中，可以配備至少兩個半橋，并且其中只有一個或多個半橋具有在半導(dǎo)體開關(guān)截至?xí)r使相應(yīng)輸出電壓在預(yù)定中心容限帶內(nèi)的部件。
不使功率輸出級和電壓饋送裝置過載而進(jìn)行測試在本發(fā)明裝置的一種改進(jìn)設(shè)計中是可行的，這是因為在工作電壓的饋電線路上設(shè)置了可控開關(guān)，并且該可控開關(guān)可由控制裝置控制?；蛘?，可以為本發(fā)明的裝置提供用于測試的足夠短的脈沖，以使半導(dǎo)體開關(guān)不過載。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的裝置的電路示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明可以有許多種實施例。其中一種實施例示意性地圖解于本發(fā)明裝置的電路圖中，該電路圖中功率輸出級由三個半橋構(gòu)成，下面將對此加以說明。
在圖示示范性實施例中，兩個MOSFET 1，2；3，4；5，6分別構(gòu)成半橋7，8，9，半橋7，8，9各自的輸出10、11、12與電動機的繞組13，14，15(成星型連接)之一相連。一個輸入端16接收工作電壓Ubat，所述工作電壓以U+的形式通過繼電器17提供給功率輸出級。限流電阻18與繼電器17并聯(lián)，大容量電解電容19可以通過限流電阻18充電，其中繼電器直到電壓U+近似等于電壓Ubat時才導(dǎo)通。這造成了不可接受的大充電電流浪涌。此已知電路的詳細(xì)情況包含在DE 100 57 156 A1中。
所述裝置還具有控制裝置20，它本身與功率輸出級相結(jié)合，由微計算機或數(shù)字信號處理器構(gòu)成，就理解本發(fā)明而言無需對此作更詳細(xì)的描述。控制裝置20的輸出端與驅(qū)動電路21相連，驅(qū)動電路為MOSFET 1至6產(chǎn)生控制信號HS1、HS2、HS3、LS1、LS2、LS3?？刂蒲b置20還連接到模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器20′，轉(zhuǎn)換器20′的輸入可在任何情況下接收由分壓器22、23、24、25產(chǎn)生的電壓。這些分壓器具有顯著高于繞組13、14、15的電阻，以免在工作期間降低輸出級的效率。
電阻26與MOSFET 1并聯(lián)，并與分壓器23一起在MOSFET 1、2截至?xí)r在半橋7的輸出端10上產(chǎn)生等于電壓U+的一半的電壓。
這樣設(shè)計分壓器22至25，使得U+在取最大可能值時不超過CMOS電路的最大允許電壓。分壓器22產(chǎn)生的電壓用作參考電壓，以便形成以下各測試用的容限帶。
在第一測試中，不驅(qū)動MOSFET 1至6，以便輸出10端處于電壓U+/2，并在控制裝置20中將指定容限納入考慮，對此進(jìn)行檢查。如果情況如此，就可以斷定沒有對地27短路或者M(jìn)OSFET 1、2中沒有對工作電壓U+的短路或者在饋電線路中沒有對繞組13的短路。如果功率輸出級正常，則MOSFET 3至6在此第一測試期間也不導(dǎo)通，以便輸出端11、12(通過電動機的繞組13至15)上的電壓同樣在中心容限帶內(nèi)，控制裝置20可對此進(jìn)行檢查。
在第二測試中，“上位”MOSFET 1、3、5順次導(dǎo)通，在每一種情況下都進(jìn)行檢查，以確定輸出端10、11、12是否處于高容限帶之內(nèi)的某個電壓，也就是說，在電壓U+附近。在第三測試中，“下位”MOSFET 2、4、6順次導(dǎo)通。然后在每一種情況下進(jìn)行檢查，以確定輸出端10、11、12上的電壓是否在低容限帶內(nèi)，也就是說，與U+相比，是否在低電位附近。可以根據(jù)各容限帶超出或下沖的程度推斷故障性質(zhì)，例如短路或過載。
權(quán)利要求
1.一種用于測試功率輸出級的方法，所述功能輸出級具有至少一個半橋，此半橋包括串聯(lián)的且加有工作電壓的上位和下位半導(dǎo)體開關(guān)，所述至少一個半橋的所述半導(dǎo)體開關(guān)之間的連接點構(gòu)成輸出端，其特征在于由控制裝置執(zhí)行下列步驟- 在所述半導(dǎo)體開關(guān)未導(dǎo)通時進(jìn)行測試，以確定所述輸出端上的電壓是否在預(yù)定中心容限帶內(nèi)；- 在所述上位半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時進(jìn)行測試，以確定所述輸出端上的電壓是否在預(yù)定高容限帶內(nèi)；- 在所述下位半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時進(jìn)行測試，以確定所述輸出端上的電壓是否在預(yù)定低容限帶內(nèi)，以及，當(dāng)所有所述輸出電壓在所述相應(yīng)的容限帶內(nèi)時，就確定所述輸出功率級是正常的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述測試期間或之前，所述工作電壓是通過限流裝置提供的，并且一旦已確定所述功率輸出級是正常的，就不加限流地提供所述工作電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述測試期間，所述半導(dǎo)體開關(guān)以在所述測試期間既不造成破壞又不影響負(fù)載或只輕微影響負(fù)載的方式短暫地導(dǎo)通，以及一旦已確定所述輸出級是正常的，則向所述半導(dǎo)體開關(guān)提供用于正常操作的驅(qū)動脈沖。
4.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，對于具有至少兩個半橋的功率輸出級，在所述上位和下位半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通期間，連續(xù)對所述各個半橋中的每個半導(dǎo)體開關(guān)進(jìn)行測試。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述不同的半橋的測試期間通過評估所述輸出電壓來識別所述輸出端和負(fù)載之間的線路中斷。
6.一種用于測試功率輸出級的裝置，所述功能輸出級具有至少一個半橋，此半橋包括串聯(lián)的且加有工作電壓的上位和下位半導(dǎo)體開關(guān)，所述至少一個半橋的所述半導(dǎo)體開關(guān)之間的連接點構(gòu)成輸出端，其特征在于所述至少一個半橋(7、8、9)的輸出電壓和所述工作電壓可以提供給窗口比較器(20′)的輸入端，所述窗口比較器(20′)與控制所述半導(dǎo)體開關(guān)(1，2，3，4，5，6)的驅(qū)動電路(21)的控制裝置(20)相連，以及所述控制裝置(20)配備有執(zhí)行下列步驟的程序- 在所述半導(dǎo)體開關(guān)(1，2，3，4，5，6)未導(dǎo)通時進(jìn)行測試，以確定所述輸出端(10，11，12)上的電壓是否在預(yù)定中心容限帶內(nèi)；- 在所述上位半導(dǎo)體開關(guān)(1，3，5)導(dǎo)通時進(jìn)行測試，以確定所述輸出端(10，11，12)上的電壓是否在預(yù)定高容限帶內(nèi)；- 在所述下位半導(dǎo)體開關(guān)(2，4，6)導(dǎo)通時進(jìn)行測試，以確定所述輸出端(10，11，12)上的電壓是否在預(yù)定低容限帶內(nèi)，以及，當(dāng)所有所述輸出電壓在所述相應(yīng)的容限帶內(nèi)時，就確定所述輸出功率級是正常的。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述窗口比較器是用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(20′)構(gòu)成的，在所述控制裝置(20)中將所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(20′)的輸出值與所述容限帶作比較。
8.如權(quán)利要求6或7之一所述的裝置，其特征在于，所述至少一個半橋(7，8，9)的輸出端(10，11，12)和所述工作電壓通過分壓器(22，23，24，25)與所述窗口比較器(20′)的輸入端相連。
9.如權(quán)利要求6至8之一所述的裝置，其特征在于，配備了在所述半導(dǎo)體開關(guān)截至?xí)r使相應(yīng)的輸出電壓處在所述預(yù)定中心容限帶內(nèi)的部件。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述部件是用電阻(26)構(gòu)成的，所述電阻(26)連接在所述輸出端(10)和所述工作電壓源之間，并且與所述分壓器(23)一起在所述輸出它(10)上形成在所述中心容限帶內(nèi)的電壓。
11.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，配備了至少兩個半橋(7，8，9)，其中只有一個半橋配備了在所述半導(dǎo)體開關(guān)截至?xí)r使相應(yīng)輸出電壓在所述預(yù)定中心容限帶內(nèi)的部件(26)。
12.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，配備了至少兩個半橋(7，8，9)，其中每個所述半橋都配備了在所述半導(dǎo)體開關(guān)截至?xí)r使相應(yīng)的輸出電壓處在所述預(yù)定中心容限帶內(nèi)的部件。
13.如權(quán)利要求6至12之一所述的裝置，其特征在于，在所述工作電壓的饋電線路上設(shè)置了與電阻(18)并聯(lián)的可控開關(guān)(17)，以及所述可控開關(guān)(17)可由所述控制裝置(20)控制。
全文摘要
本發(fā)明提出一種測試功率輸出級的方法和裝置，其中所述功能輸出級具有至少一個半橋，此半橋包括串聯(lián)的且加有工作電壓的上位和下位半導(dǎo)體開關(guān)，該至少一個半橋的半導(dǎo)體開關(guān)之間的節(jié)點構(gòu)成輸出端，本發(fā)明給出了由控制裝置執(zhí)行的下列相關(guān)步驟在半導(dǎo)體開關(guān)未導(dǎo)通時測試，以確定輸出端上的電壓是否在預(yù)定中心容限帶內(nèi)；在上位半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時測試，以確定輸出端上的電壓是否在預(yù)定高容限帶內(nèi)；在下位半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時測試，以確定輸出端上的電壓是否在預(yù)定低容限帶內(nèi)。
文檔編號H02H7/08GK1551445SQ20041004561
公開日2004年12月1日 申請日期2004年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月9日
發(fā)明者W·貝, P·菲舍爾, M·亭寧格爾, W 貝, 岫, 穸 申請人:西門子公司