H橋電路模塊中的多個半橋的并聯(lián)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及H橋電路模塊中的多個半橋的并聯(lián)電路。公開了用于為機動車中的機組（200）供應電流的電路裝置（100），所述電路裝置具有至少兩個分別具有兩個晶體管的并聯(lián)的半橋（111，112；121，122），其中至少兩個半橋（111，112；121，122）中的每一個被集成在H橋電路模塊（110，120）中，所述H橋電路模塊具有被集成的計算單元（113，123），所述計算單元被設置用于按照激活信號激活或去激活被集成的半橋（111，112；121，122）的有源的空轉。
【專利說明】H橋電路模塊中的多個半橋的并聯(lián)電路
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電路裝置以及用于運行這樣的電路裝置的方法。
【背景技術】
[0002]在機動車中將H橋晶體管電路用于不同的目的。由于相對惡劣的環(huán)境條件(炎熱、溫度波動、濕度等等)，為此例如為了控制特別是在傳動系(例如節(jié)流閥控制、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、可變的閥門控制、具有可變的幾何形狀的渦輪增壓器)范圍內的直流電動機大多使用整體集成的電路(在下面被稱為H橋IC、H橋電路模塊或H橋)，這些電路除了一些具有電路晶體管的半橋之外還具有內部的控制和監(jiān)控功能、特別是內部的電流限制以及自動的有源的空轉。
[0003]內部的電流限制導致，由H橋的半橋為所連接的組件提供的電流自動地(大多通過高側晶體管的內部的PWM控制)被限制在一個確定的值。在有源的空轉的情況下，在無源相中(高側晶體管關斷)內部的空轉二極管通過低側晶體管的接通而被橋接。這減少損耗功率。H橋IC為了提供這些功能而包括內部的計算單元，該計算單元也可以擁有接口、例如總線接口(例如SPI總線)。通過該接口可以實現(xiàn)H橋IC的配置和控制并且數(shù)據(jù)可以被讀出。
[0004]然而，H橋IC的“智能”結構造成困難，因為來自這樣的H橋IC的半橋不能被并聯(lián)(輸入和輸出并聯(lián))，因為例如當在過電流情況下不是所有的半橋都同步地(即同時接通和關斷)處于電流限制中時，在此可能在各個半橋之間產(chǎn)生不受歡迎地大的漏電流。
[0005]然而，在確定的情況下，例如在高電流和/或高溫度的情況下，值得期望的是，并行地運行兩個或更多個這樣的半橋。恰巧在機動車中部分地出現(xiàn)很高的溫度。環(huán)境溫度越高，這些半橋就可以為所連接的機組(Aggregat)提供越少的功率。因為此外在半橋中可轉化的損耗功率通過整體的結構被限制，所以在所連接的機組的高的電流需求的情況下或在高的環(huán)境溫度的情況下使用該H橋IC時有利的是，兩個或更多個半橋并聯(lián)。

【發(fā)明內容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明提出具有獨立權利要求的特征的電路裝置以及用于運行這樣的電路裝置的方法。有利的擴展方案是從屬權利要求以及隨后的描述的主題。
[0007]本發(fā)明利用以下認識，即當在過電流情況下不是所有的半橋都同步地處于電流限制中時，因此來自H橋IC的兩個半橋的并聯(lián)基本上導致不期望的漏電流，因為由于自動的有源的空轉，在電流限制中的半橋的低側晶體管被接通并且因此與沒有電流限制的并行的半橋的高側晶體管形成短路。因此，并聯(lián)電路已經(jīng)通過阻止有源的空轉變得可能。
[0008]本發(fā)明描述一種在機動車中并行地運行的智能H橋IC的兩個或更多個半橋的可能性。然而在此獲得在H橋IC中存在的控制和監(jiān)控功能。
[0009]在并聯(lián)的H橋中產(chǎn)生的損耗功率被保持為很小。
[0010]在本發(fā)明的范圍內，H橋IC被提出并被使用，在這些H橋IC中存在選擇性地去激活有源的空轉的可能性。由此也在內部的電流限制中的兩個或更多個半橋的并行運行變得可能。去激活可能性可以通過H橋IC的內部的計算單元的相應配置、例如通過配置寄存器的寫、例如經(jīng)由SPI總線來實現(xiàn)。
[0011]本發(fā)明導致更低的(平均的)電子溫度和改進的效率。針對瞬時的功率峰值的可能的溫度升程(Temperatur-Hub)被提高。(平均的)系統(tǒng)動力(System-Dynamik)被改進并且應用也在高的環(huán)境溫度下變得更穩(wěn)健。通過提高的功率峰值，所連接的機組、例如節(jié)流閥同樣可以以提高的動力來運行。這再次對總的系統(tǒng)動力產(chǎn)生積極的作用。
[0012]典型的H橋IC包括分別具有中間抽頭端子的兩個或更多個半橋，其中要供應的機組被連接在兩個中間抽頭端子之間或在一個中間抽頭端子和地之間。在半橋的并聯(lián)電路中現(xiàn)在一個半橋與一個或更多的半橋并聯(lián)。有利地，要供應的機組也可以被連接在兩個H橋IC之間，在所述H橋IC中分別有至少兩個半橋被并聯(lián)。
[0013]優(yōu)選地，如果至少一個并聯(lián)的第二半橋處于電流限制中，那么僅第一半橋的有源的空轉被去激活。
[0014]有利地，所有并聯(lián)的半橋的有源的空轉根據(jù)要提供給所連接的機組的電流被激活或去激活。這減少損耗功率，該損耗功率由去激活的有源的空轉引起。
[0015]優(yōu)選地，有源的空轉是在外部可激活的和可去激活的，為此適宜地在至少一個H橋IC處設置相應的輸入端。該輸入端可以單獨地或在總線接口(例如SPI)的范圍內被實現(xiàn)。激活/去激活例如可以通過內部的配置寄存器的置位/刪除來實現(xiàn)。有源的空轉的激活和去激活于是優(yōu)選地通過上一級的單元、優(yōu)選地微計算機或控制設備來實現(xiàn)。
[0016]根據(jù)一種優(yōu)選實施方式，可以在一種運行模式下、特別是在向所連接的機組進行小的所要求的功率輸出(“節(jié)能模式”)的情況下，除了一個半橋之外，所有并聯(lián)的半橋全部被切斷，使得少的功率輸出由這一個半橋單獨地并且因此最佳地實現(xiàn)。在較大的所要求的功率輸出(功率模式)的情況下，在另一種運行模式下具有隨后被去激活的有源的空轉的其他半橋并行地被激活。在這兩種運行模式之間的合適的過渡值或閥值依賴于應用或依賴于機組。該值例如可以事先被計算或根據(jù)發(fā)生的損耗功率被測出。該過渡值適宜地被存儲在上一級的單元中。
[0017]優(yōu)選地，半橋是在外部可激活的和可去激活的，為此適宜地在至少一個H橋IC處設置相應的輸入端。該輸入端可以單獨地或在總線接口(例如SPI)的范圍內被實現(xiàn)。激活/去激活例如可以通過內部的配置寄存器的置位/刪除來實現(xiàn)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的計算單元、例如機動車的控制設備特別是以程序技術的方式被設置用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0019]該方法以軟件形式的實施也是有利的，因為特別是當執(zhí)行的控制設備還被用于其他的任務并且因此總歸存在時，這導致特別少的成本。用于提供計算機程序的合適的數(shù)據(jù)載體特別是軟盤、硬盤、閃存、EEPROM、CD-ROM、DVD等等。程序通過計算機網(wǎng)絡(因特網(wǎng)、內聯(lián)網(wǎng)等)的下載也是可以的。
[0020]本發(fā)明的其他的優(yōu)點和擴展方案從說明書和附圖中得出。
[0021]易于理解的是，前述的和隨后還要闡明的特征不僅能夠以分別被說明的組合、而且也能夠以其他的組合或單獨地被使用，而不脫離本發(fā)明的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】[0022]本發(fā)明借助實施例在附圖中被示意性地示出并且在下面參考附圖詳細地被描述。
[0023]圖1示出用于機組的電流供應的根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的優(yōu)選實施方式。
[0024]圖2示出在機組運行時在晶體管的空轉二極管處的損耗功率。
【具體實施方式】
[0025]在圖1中以電路圖的方式示出用于機組200的電流供應的根據(jù)本發(fā)明的電路裝置100的優(yōu)選實施方式。該機組200在此作為機動車的電節(jié)流閥裝置的電驅動器(具有傳動裝置的直流電動機M)被構造。該電路裝置100也是電節(jié)流閥裝置的組成部分。該節(jié)流閥裝置在汽油電動機中在進氣部分(Einlasstrakt)中調整供氣。該節(jié)流閥裝置包括具有電驅動器和具有角度傳感器的節(jié)流閥。
[0026]電動機控制設備10根據(jù)加速踏板位置以及其他來計算節(jié)流閥的所需的開口。該直流電動機通過傳動裝置調節(jié)節(jié)流閥軸并且因此對空氣量進行計量。利用空氣的精準的定量，該節(jié)流閥裝置控制從電動機給出的轉矩并因此控制功率。
[0027]電路裝置100包括兩個相同的H橋電路模塊或IC 110、120，其分別具有兩個半橋
111、112或121、122。此外，每個H橋IC 110、120還具有計算單元113、123，該計算單元被設置用于控制半橋的晶體管。該計算單元按照施加到控制端子114、114'、115、115'、116、116'或124、124'、125、125'、126、126'上的信號來控制半橋的晶體管。每個H橋IC 110、120針對每個半橋具有一個端子(在圖中沒有'的附圖標記和具有'的附圖標記)，在本實例中因此總是具有兩個端子。每個晶體管并聯(lián)有一個空轉二極管。在此可以涉及本征空轉二極管(例如在MOS晶體管的情況下)或單獨的元件(例如在IGBT的情況下)。
[0028]端子114、llf或124、12f可以涉及例如用于開關時間的預先規(guī)定的控制輸入端，端子115、115'或125、1·25'可以涉及用于允許的最高電流的預先規(guī)定的電流限制輸入端，以及端子116、1W或126、126^可以涉及用于在H橋IC 110或120中去激活有源的空轉的空轉輸入端。這些端子與電動機控制設備10連接，該電動機控制設備在本發(fā)明的范圍內被設置用于以符合需求的方式來控制電路裝置。
[0029]此外，每個H橋IC 110、120針對每個半橋具有一個輸出端子119、IlW或129、129'作為兩個晶體管之間的中間抽頭端子，要供應的機組應被連接到所述中間抽頭端子上。
[0030]在所示出的電路裝置中兩個半橋111和112或121和122分別并聯(lián)，使得它們的控制端子和輸出端子并聯(lián)。電節(jié)流閥裝置200因此被連接在一側的輸出端子119、119'和另一側的輸出端子129、129'之間。
[0031]每個H橋IC 110、120還具有用于電流供應的供應端子117、118或127、128，所述
供應端子與機動車的車載電網(wǎng)連接。
[0032]電動機控制設備10被設置用于控制電路裝置100。根據(jù)一種優(yōu)選實施方式，在向電節(jié)流閥裝置200的小的所要求的功率輸出(“節(jié)能模式”)的情況下，并聯(lián)的半橋112和122可以被切斷(例如借助控制時間設置為O ;在此可以規(guī)定，不是所有的控制端子都被并聯(lián)，使得單獨的半橋可以不運行)，使得僅通過半橋111和121實現(xiàn)少的功率輸出。在較大的所要求的功率輸出(功率模式)的情況下，半橋112和122并行地被激活并且半橋的有源的空轉被去激活。在節(jié)能模式和功率模式之間的功率閾值可以根據(jù)應用被確定。例如在圖2中描繪了在運行示例性的電節(jié)流閥裝置時依賴于PWM控制信號的在晶體管的空轉二極管處的損耗功率。PWM= 100%意味著半橋的高側晶體管持續(xù)接通。
[0033]曲線圖301表示在電節(jié)流閥裝置的直流電動機M兩側的各兩個并聯(lián)的半橋的損耗功率，曲線圖302表示在電節(jié)流閥裝置的直流電動機M兩側的僅各一個半橋的損耗功率。清楚地看到，兩個曲線圖在303處相交。對于小于303的PWM，損耗功率302較小(即在此適宜地僅運行一個半橋，“節(jié)能模式”)，對于大于303的PWM，損耗功率301較小(即在此適宜地并行地運行兩個半橋，“功率模式”)。
【權利要求】
1.用于為機動車中的機組(200)供應電流的電路裝置(100)，具有至少兩個分別具有兩個晶體管的并聯(lián)的半橋(111，112 ;121，122)，其中至少兩個半橋(111，112 ;121，122)中的每一個被集成在H橋電路模塊(110，120)中，所述H橋電路模塊具有被集成的計算單元(113，123)，所述計算單元被設置用于按照激活信號激活或去激活被集成的半橋(111，112;121，122)的有源的空轉。
2.根據(jù)權利要求1所述的電路裝置(100)，其中被集成的計算單元(113，123)被設置用于能夠限制通過被集成的半橋(111，112 ;121，122)的電流。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電路裝置(100)，其中所述機組(200)具有兩個供應端子，這兩個供應端子中的一個與至少兩個并聯(lián)的半橋(111，112 ;121，122)的中間抽頭端子(119,119' ；129,129/ )電連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的電路裝置(100)，具有至少兩個另外的分別具有兩個晶體管的并聯(lián)的半橋(111，112 ;121，122)，其中至少兩個另外的半橋(111，112 ;121，122)中的每一個被集成在H橋電路模塊(110，120)中，其中所述供應端子中的另一個與至少兩個另外的并聯(lián)的半橋(111，112 ;121，122)的中間抽頭端子(119，119' ；129,129/ )電連接。
5.根據(jù)上述權利要求之一所述的電路裝置(100)，其中H橋電路模塊(110，120)具有用于在外部激活和去激活被集成的半橋的有源的空轉的端子(116，116'，126，126')。
6.根據(jù)上述權利要求之一所述的電路裝置(100)，其中所述機組(200)是直流機組，特別是直流電動機。
7.用于運行根據(jù)上述權利要求之一所述的電路裝置(100)的方法，其中在第一運行模式中將至少兩個并聯(lián)的半橋(111，112 ;121，122)用于供應機組(200)，并且去激活至少兩個半橋(111，112 ;121，122)的有源的空轉。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中在第二運行模式中僅將至少兩個并聯(lián)的半橋(111，112 ;121，122)之一用于供應機組(200)。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中至少兩個半橋(111，112;121，122)之一的有源的空轉不被去激活。
10.根據(jù)權利要求7、8或9所述的方法，其中第一或第二運行模式根據(jù)在至少兩個并聯(lián)的半橋(111，112 ; 121，122 )處的損耗功率被預先給定。
11.計算單元(10)，該計算單元被設置用于執(zhí)行根據(jù)上述方法權利要求之一所述的方法。
12.具有程序代碼裝置的計算機程序，當所述程序代碼裝置在特別是根據(jù)權利要求11所述的計算單元上被實施時，所述程序代碼裝置促使所述計算單元執(zhí)行根據(jù)權利要求7到10之一所述的方法。
13.機器可讀的存儲介質，具有被存儲在其上的根據(jù)權利要求12所述的計算機程序。
【文檔編號】H02M1/088GK103872956SQ201310668234
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權日:2012年12月12日
【發(fā)明者】M.霍夫曼, M.克勞斯 申請人:羅伯特·博世有限公司