專利名稱：用于監(jiān)控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)明涉及一種監(jiān)控功率輸出級的方法和裝置。該功率輸出級具有至少一個(gè)半橋，該半橋包括一個(gè)具有兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路，并對該半橋施加操作電壓。可通過脈沖寬度調(diào)制的脈沖控制半導(dǎo)體開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)之間交替地切換，并且所述至少一個(gè)半橋的半導(dǎo)體開關(guān)之間的連接點(diǎn)形成輸出端。
背景技術(shù)：
尤其是在汽車的安全方面的應(yīng)用中，例如電動助力轉(zhuǎn)向，必須檢測出任何可能導(dǎo)致危險(xiǎn)狀況的故障。在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，使用DC或EC電機(jī)以提供助力，其經(jīng)由H橋或者B6橋通過在半橋上施加脈沖寬度調(diào)制的脈沖來控制。半導(dǎo)體開關(guān)元件(通常是MOSFET)是由控制裝置(微控制器或者數(shù)字信號處理器)驅(qū)動的。為了進(jìn)行故障檢測，需要對施加在輸出端的均方值(rms)電壓進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于通過盡可能簡單而可靠地監(jiān)控功率輸出級，從而檢測到尤其是可能導(dǎo)致危險(xiǎn)狀態(tài)的故障。
根據(jù)本發(fā)明的方法這樣來實(shí)現(xiàn)上述目的，即，將輸出端產(chǎn)生的信號的各個(gè)脈沖寬度與各個(gè)預(yù)期脈沖寬度相比較，如果偏差沒有超出預(yù)定尺度，則認(rèn)為功率輸出級無故障。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可以以簡單的方式，通過驅(qū)動電路(驅(qū)動器模塊)和橋的半導(dǎo)體開關(guān)，從控制裝置的輸出端來監(jiān)控整個(gè)電路。由于監(jiān)控不需要例如當(dāng)測量輸出電壓的平均值時(shí)所必要的積分元件，所以可快速地評估，并且僅具有較低的誤差范圍，從而具有高精度。這意味著提高了可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選地提供了在處理器中進(jìn)行比較，其還產(chǎn)生提供給半導(dǎo)體開關(guān)的脈沖。從而可得到特別簡單而可靠的硬件解決方案。在某些處理器中，已經(jīng)提供了所謂的柵控式計(jì)數(shù)器(gatedcounter)，通過它可確定不同的脈沖寬度。通過擴(kuò)充總是在控制裝置中的程序，就可容易地執(zhí)行其他的方法步驟。
在這種類型的控制裝置中所用的技術(shù)通常不允許電壓高于5V。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)改進(jìn)方案，在至少一個(gè)輸出端的電平信號與處理器相匹配。
為了在監(jiān)控期間消除統(tǒng)計(jì)變幅，一個(gè)改進(jìn)在于，在比較時(shí)，要對輸出信號的脈沖寬度和預(yù)期脈沖寬度評估多個(gè)周期。
另一個(gè)改進(jìn)包括如果在測量輸出信號的脈沖寬度所需的時(shí)間間隔內(nèi)脈沖寬度是恒定的，則進(jìn)行比較。由此，該比較和評估的計(jì)算時(shí)間是在這樣的時(shí)間內(nèi)，即此時(shí)在控制裝置中的其他程序較少激活。這還可通過如下方式實(shí)現(xiàn)如果在測量輸出信號的脈沖寬度所需的時(shí)間間隔內(nèi)脈沖寬度是以已知方式變化的，則進(jìn)行比較。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)裝置中，通過以下方式實(shí)現(xiàn)該目的可將至少一個(gè)輸出端的信號提供給比較裝置的輸入端，其中比較裝置被設(shè)計(jì)為用于將信號的脈沖寬度與脈沖的脈沖寬度進(jìn)行比較。通過以下方式可在根據(jù)本發(fā)明的裝置中實(shí)現(xiàn)特別簡單的比較比較裝置是控制裝置的一部分，其產(chǎn)生可經(jīng)由驅(qū)動電路提供給半導(dǎo)體開關(guān)的控制輸入端的脈沖。另外，該測量提高了故障檢測的可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的裝置還可提供用于電平匹配的電路，該電路設(shè)置在控制裝置的至少一個(gè)輸出端與輸入端之間。


本發(fā)明允許多個(gè)實(shí)施例。附圖中利用多幅示圖示意性地示出了這些實(shí)施例中的一個(gè)，并將在下面進(jìn)行說明。附圖中圖1示出了一個(gè)典型實(shí)施例的電路圖；圖2示出了圖1所示的典型實(shí)施例的信號曲線圖；以及圖3示出了另一個(gè)典型實(shí)施例的電路圖。
具體實(shí)施例方式
在所示典型實(shí)施例中，每兩個(gè)MOSFET Hu、Lu；Hv、Lv；Hw、Lw構(gòu)成具有輸出端10、11、12的半橋7、8、9，分別連接到無刷永久勵(lì)磁同步電機(jī)的星型連接繞組13、14、15。向輸入端16提供操作電壓Ub。
該裝置還包括控制裝置20，其由微型計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號處理器構(gòu)成，就其本身而言，屬于功率輸出級的領(lǐng)域，對于說明本發(fā)明而言，不需要再對該控制裝置進(jìn)行說明?？刂蒲b置20的輸出端連接至驅(qū)動電路21，該電路產(chǎn)生用于MOSFET Hu到Lw的控制信號Au、Av、Aw?？刂蒲b置20還具有輸入端，其可被提供由分壓器23、24、25所產(chǎn)生的電壓。分壓器具有顯著高于繞組13、14、15的電阻值，以便不影響輸出級在運(yùn)行期間的效率。
由控制裝置20提供給驅(qū)動電路21的脈沖通常源自于時(shí)鐘脈沖，該時(shí)鐘脈沖具有顯著高于驅(qū)動脈沖重復(fù)頻率的頻率。因此在控制裝置中還確定了各個(gè)脈沖中有多少個(gè)時(shí)鐘脈沖寬度。在圖1所示的典型實(shí)施例中，如果在所有情況下，時(shí)鐘脈沖的數(shù)量是從所要檢測的信號Su、Sv、和Sw的前沿起計(jì)數(shù)到后沿，則易于比較該數(shù)量。這考慮了取決于驅(qū)動電路21和半導(dǎo)體開關(guān)的切換時(shí)間的任何誤差。
圖2示出了半導(dǎo)體開關(guān)的驅(qū)動，其構(gòu)成了三相U、V、W，使得上部各個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)在電平H時(shí)導(dǎo)通，而下部半導(dǎo)體開關(guān)在電平L時(shí)被控制為導(dǎo)通狀態(tài)。另外，圖中示意性地示出了三個(gè)信號Su、Sv、和Sw。圖中示出了在所有情況下的三個(gè)時(shí)期，其持續(xù)時(shí)間為例如50μs，對應(yīng)于20kHz的頻率。由于該頻率顯著地高于旋轉(zhuǎn)場的頻率，所以圖2中不能看出形成旋轉(zhuǎn)場的寬度調(diào)制?？梢哉f，圖2表示了一種瞬態(tài)顯示，其中電平H的時(shí)間間隔在相位U中最大，在相位W中最小，而電平L的時(shí)間間隔在相位U中最小，在相位W中最大。在符合規(guī)定的操作期間，脈沖寬度Au、Su、Av、Sv、Aw、Sw基本上相同。
偏差被解釋為故障，其還被理解為脈沖的全部失落。
在圖3中所示的典型實(shí)施例中，提供了單獨(dú)的比較裝置28，一方面，如同第一實(shí)施例，經(jīng)由分壓器向其提供輸出信號Su、Sv、和Sw，另一方面，向其提供由控制裝置產(chǎn)生的驅(qū)動信號。比較裝置28可以使用各種技術(shù)，例如固定接線電路或可編程裝置，例如微處理器。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)控功率輸出級的方法，所述功率輸出級具有至少一個(gè)半橋，所述半橋包括一個(gè)具有兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路，并對所述半橋施加操作電壓，其中，可以通過脈沖寬度調(diào)制的脈沖控制所述半導(dǎo)體開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)之間交替地切換，其中，所述至少一個(gè)半橋的所述半導(dǎo)體開關(guān)之間的連接點(diǎn)形成輸出端，其特征在于，將在所述輸出端產(chǎn)生的信號的所述各個(gè)脈沖寬度與各個(gè)預(yù)期脈沖寬度進(jìn)行比較，如果偏差沒有超出預(yù)定水平，則認(rèn)為所述功率輸出級沒有故障。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述比較在處理器中進(jìn)行，所述處理器還產(chǎn)生提供給所述半導(dǎo)體開關(guān)的所述脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述至少一個(gè)輸出端的所述電平信號與所述處理器匹配。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述比較期間，分別評估多個(gè)周期的所述預(yù)期脈沖寬度和所述輸出信號的所述脈沖寬度。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，如果在測量所述輸出信號的所述脈沖寬度所需的時(shí)間間隔內(nèi)所述脈沖寬度是恒定的，則進(jìn)行所述比較。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，如果在測量所述輸出信號的所述脈沖寬度所需的時(shí)間間隔內(nèi)所述脈沖寬度是以已知方式變化的，則進(jìn)行所述比較。
7.一種監(jiān)控功率輸出級的裝置，其中所述功率輸出級具有至少一個(gè)半橋(7、8、9)，所述半橋包括一個(gè)具有兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)(Hu、Lu；Hv、Lv；Hw、Lw)的串聯(lián)電路，并對所述半橋施加有操作電壓，可以通過脈沖寬度調(diào)制的脈沖控制所述半導(dǎo)體開關(guān)(Hu、Lu；Hv、Lv；Hw、Lw)在導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)之間交替地切換，其中所述至少一個(gè)半橋(7、8、9)的所述半導(dǎo)體開關(guān)(Hu、Lu；Hv、Lv；Hw、Lw)之間的連接點(diǎn)形成輸出端(10、11、12)，其特征在于，將所述至少一個(gè)輸出端(10、11、12)的信號提供給比較裝置(20)的輸入端，所述比較裝置用于將所述信號的脈沖寬度與所述脈沖的脈沖寬度進(jìn)行比較。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述比較裝置是控制裝置(20)的一部分，其產(chǎn)生可通過驅(qū)動電路(21)提供給所述半導(dǎo)體開關(guān)(Hu、Lu；Hv、Lv；Hw、Lw)的控制輸入端的所述脈沖。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，電平匹配電路(23、24、25)設(shè)置在所述至少一個(gè)輸出端(10，11，12)和所述控制裝置(20)的所述輸入端之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種監(jiān)控功率輸出級的方法和裝置，其中該功率輸出級具有至少一個(gè)半橋，該半橋包括一個(gè)具有兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路，并對該半橋施加操作電壓。可通過脈沖寬度調(diào)制的脈沖控制半導(dǎo)體開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)之間交替地切換，并且所述至少一個(gè)半橋的半導(dǎo)體開關(guān)的連接點(diǎn)形成輸出端。根據(jù)本發(fā)明，將所述輸出端的信號的各個(gè)脈沖寬度與相應(yīng)設(shè)置的脈沖寬度進(jìn)行比較，如果偏差沒有超出預(yù)定值，則認(rèn)為所述功率輸出級無故障。
文檔編號H02P7/00GK1795599SQ200480014135
公開日2006年6月28日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月23日
發(fā)明者弗蘭克·薩德爾 申請人:西門子公司