本發(fā)明涉及一種用于運行電路裝置的方法以及用于執(zhí)行該方法的一種計算單元和一種計算機(jī)程序。

背景技術(shù)：

BLDC電機(jī)（也稱為無刷直流電機(jī)）具有特別簡單的結(jié)構(gòu)。與常規(guī)的電動機(jī)不同，BLDC電機(jī)不具有機(jī)械換向器。

用于運行BLDC電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場可以借助逆變器來產(chǎn)生，對此，該逆變器的半導(dǎo)體開關(guān)元件可以以不同方式控制。該控制例如可以借助脈寬調(diào)制（PWM）、以塊運行、借助空間矢量調(diào)制、三角形-矩形調(diào)制、三角形-正弦調(diào)制或平頂調(diào)制來實現(xiàn)。

根據(jù)DE 10 2012 210 658 A1，借助空間矢量調(diào)制可以通過被構(gòu)造為逆變器的電路裝置提供旋轉(zhuǎn)磁場。逆變器針對每個相具有控制級，該控制級分別具有高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)。根據(jù)BLDC電機(jī)的具有永磁體的轉(zhuǎn)子的角位置，交替地控制控制級的高側(cè)和低側(cè)開關(guān)，以便提供旋轉(zhuǎn)磁場。

可以用來運行BLDC電機(jī)的功率依賴于逆變器的損耗功率。該損耗功率引起逆變器的加熱，該加熱限制BLDC電機(jī)的最大功率。

因此存在提高能夠由這樣的電路裝置來提供的功率的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明提出具有獨立專利權(quán)利要求的特征的一種用于運行電路裝置的方法以及用于執(zhí)行該方法的一種計算單元和一種計算機(jī)程序。有利的設(shè)計方案是從屬權(quán)利要求以及隨后的說明書的主題。

具有用于至少三個相的至少三個控制級的電路裝置例如被用于三相BLDC電機(jī)?？刂萍壷械拿總€具有高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)，其中所述高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)中的每個能夠被置于導(dǎo)電狀態(tài)和不導(dǎo)電狀態(tài)。于是在第一步驟中確定影響高側(cè)開關(guān)和/或低側(cè)開關(guān)的溫度的參量。在進(jìn)一步的步驟中，根據(jù)確定的參量按組地選擇高側(cè)開關(guān)或低側(cè)開關(guān)。在進(jìn)一步的步驟中，在空轉(zhuǎn)相中控制所選擇的高側(cè)開關(guān)或低側(cè)開關(guān)，使得所選擇的高側(cè)開關(guān)或低側(cè)開關(guān)在空轉(zhuǎn)相期間形成空轉(zhuǎn)。

在此，高側(cè)開關(guān)或低側(cè)開關(guān)的按組的選擇被理解成，或者選擇所有高側(cè)開關(guān)或者選擇所有低側(cè)開關(guān)并且所有選擇的開關(guān)加載相同的控制信號。因此在空轉(zhuǎn)相期間，或者僅僅高側(cè)開關(guān)或者僅僅低側(cè)開關(guān)根據(jù)其溫度被負(fù)載并且因此加熱。因此，該電路裝置在在空轉(zhuǎn)相期間更緩慢地加熱，使得更多的能量能夠輸送給所控制的組件、例如BLDC電機(jī)。此外，在所控制的組件的保持不變的功率的情況下，可以更小地設(shè)計電路裝置，這降低電路裝置的結(jié)構(gòu)空間需求和電路裝置的成本。

根據(jù)一種實施方式，在空轉(zhuǎn)相期間，形成空轉(zhuǎn)的所選擇的高側(cè)開關(guān)或低側(cè)開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)并且其他高側(cè)開關(guān)或低側(cè)開關(guān)處于不導(dǎo)通狀態(tài)。因此在空轉(zhuǎn)相期間僅僅所選擇的高側(cè)開關(guān)或低側(cè)開關(guān)被負(fù)載并且因此加熱。這特別是能夠?qū)崿F(xiàn)更強(qiáng)地冷卻一組開關(guān)并且將這組開關(guān)優(yōu)選地用于空轉(zhuǎn)。因此，通過改進(jìn)的放熱、例如通過冷卻體或更大的冷卻體可以將更多能量輸送給所控制的組件的所選擇的開關(guān)，而其他開關(guān)不需要這樣的改進(jìn)的放熱。

根據(jù)另一種實施方式，在影響高側(cè)開關(guān)和/或低側(cè)開關(guān)的溫度的參量中確定損耗功率、電流、電流高度、電流持續(xù)時間和/或溫度本身。因此直接檢測加熱。這簡化了溫度測量值分析。

根據(jù)另一個實施方式，在按組選擇中，所述參量與溫度極限值進(jìn)行比較并且基于溫度極限值的超出來選擇未超出溫度極限值的高側(cè)開關(guān)或低側(cè)開關(guān)。因此以簡單的方式保證，剛剛選擇的高側(cè)開關(guān)或低側(cè)開關(guān)在空轉(zhuǎn)相期間不過熱并且不損壞。

根據(jù)另一種實施方式，確定高側(cè)開關(guān)或低側(cè)開關(guān)的參量并且選擇具有更小參量的高側(cè)開關(guān)或低側(cè)開關(guān)。通過參量分布的確定，在選擇時可以考慮高側(cè)開關(guān)或低側(cè)開關(guān)的不同的熱負(fù)載極限和/或不同良好的冷卻連接。因此可以最優(yōu)地充分利用高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)的各個負(fù)載極限，以便最大化所控制的組件的最大功率。

根據(jù)另一種實施方式，使用半導(dǎo)體部件、特別是IC，在該半導(dǎo)體部件上布置有高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)，其中高側(cè)開關(guān)布置在半導(dǎo)體部件的中間區(qū)段中并且低側(cè)開關(guān)布置在半導(dǎo)體部件的邊緣區(qū)段中。通過在半導(dǎo)體部件上的這種布置，高側(cè)開關(guān)比低側(cè)開關(guān)具有更好的與半導(dǎo)體部件的冷卻連接。在此，半導(dǎo)體部件可以構(gòu)建在具有高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)的半導(dǎo)體襯底上，或者半導(dǎo)體部件具有載體，在該載體上安置有多個構(gòu)成高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)的半導(dǎo)體。通過本發(fā)明可以優(yōu)化這樣的橋IC中的放熱。橋IC通常具有p溝道晶體管作為高側(cè)開關(guān)并且具有n溝道晶體管作為低側(cè)開關(guān)。在相同的功率特性的情況下，p溝道晶體管比n溝道晶體管需要更大的面積。此外，高側(cè)開關(guān)通常居中布置在IC中并且低側(cè)開關(guān)布置在邊緣處。由于更大的面積和居中的定位，高側(cè)開關(guān)能夠更好地放熱。由此，橋受到低側(cè)開關(guān)的較差的冷卻連接限制，盡管高側(cè)開關(guān)還可能附加地處理功率。

本發(fā)明特別適合于用在車輛中，因為在那里惡劣的環(huán)境條件以局部關(guān)鍵的冷卻特性占支配地位。優(yōu)選的應(yīng)用例如是控制啟停系統(tǒng)、電氣渦輪增壓機(jī)和起動機(jī)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和傳動機(jī)構(gòu)以及空調(diào)壓縮機(jī)和風(fēng)扇中的電機(jī)。

根據(jù)本發(fā)明的計算單元、例如機(jī)動車的控制設(shè)備特別是在程序技術(shù)上被設(shè)立用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。

該方法以軟件形式的實現(xiàn)也是有利的，因為這導(dǎo)致特別少的成本，特別是當(dāng)進(jìn)行實施的控制設(shè)備還被用于其他任務(wù)并且因此本來就存在時。用于提供計算機(jī)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。程序也可以通過計算機(jī)網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)等）下載。

本發(fā)明的其他優(yōu)點和設(shè)計方案從說明書和附圖中得出。

易于理解的是，前面提及的和后面還要解釋的特征不僅可以以分別說明的組合使用，而且可以以其他組合或單獨地使用，而不脫離本發(fā)明的范圍。

附圖說明

本發(fā)明借助實施例在附圖中示意性示出并且隨后參照附圖來詳細(xì)描述。

圖1示出用于控制具有三個相的三相BLDC電機(jī)的電路裝置。

圖2示出用于控制三相BLDC電機(jī)的在半導(dǎo)體部件上的高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)的布置。

圖3示出根據(jù)常規(guī)的三角形-正弦調(diào)制的控制信號、占空比和三個相的電流的時間變化曲線。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式的控制信號、占空比和三個相的電流的時間變化曲線。

具體實施方式

圖1示出用于控制BLDC電機(jī)4作為所控制的組件的電路裝置2，其中該電路裝置2由直流電壓源6饋電。

BLDC電機(jī)4在本實施例中具有帶有一個或多個永磁體的轉(zhuǎn)子和帶有三個定子繞組的定子，所述三個定子繞組被分配給三個相u、v、w。為了給每個定子繞組加載，電路裝置2具有各一個、即總共三個控制級8a、8b、8c。

因此電路裝置2在本實施例中被構(gòu)造為B6橋逆變器。用于控制機(jī)動車中的BLDC電機(jī)4的B6橋逆變器的優(yōu)選的應(yīng)用例如是啟停系統(tǒng)、電氣渦輪增壓機(jī)和起動機(jī)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和傳動機(jī)構(gòu)以及空調(diào)壓縮機(jī)和風(fēng)扇。

三個控制級8a、8b、8c中的每個分別具有一個高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和一個低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c。此外，給每個高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c分別分配一個空轉(zhuǎn)二極管22a、22b、22c、24a、24b、24c。在本實施例中，高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c是p溝道半導(dǎo)體開關(guān)元件、諸如p溝道晶體管，并且低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c是n溝道半導(dǎo)體開關(guān)元件、諸如n溝道晶體管。代替晶體管，也可以使用p或n溝道功率MOSFET或晶閘管、諸如GTO。

通過控制線路，每個高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c并且每個低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c與電路裝置2的控制設(shè)備14連接，以便將高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c置于導(dǎo)電狀態(tài)和不導(dǎo)電狀態(tài)。對此，如之后還要解釋的那樣由控制設(shè)備14產(chǎn)生脈寬調(diào)制的控制信號，所述控制信號引起高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c從導(dǎo)電狀態(tài)變換到不導(dǎo)電狀態(tài)以及相反的變換。控制設(shè)備14可以是計算單元、例如機(jī)動車的控制設(shè)備的部分。控制設(shè)備14可以具有硬件組件和/或軟件組件。

圖2示出高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c在電路裝置2的半導(dǎo)體部件16（集成電路，IC）上的優(yōu)選的布置。

半導(dǎo)體部件16可以構(gòu)建在具有高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c的半導(dǎo)體襯底上，或者半導(dǎo)體部件16具有載體，在該載體上安置有多個構(gòu)成高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c的半導(dǎo)體。

根據(jù)圖2可見，高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c布置在半導(dǎo)體部件16的中間區(qū)段18中并且低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c布置在半導(dǎo)體部件16的邊緣區(qū)段20中。通過在半導(dǎo)體部件16上的這種布置，高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c比低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c具有更好的與半導(dǎo)體部件16的冷卻連接。

此外，被構(gòu)造為p溝道半導(dǎo)體開關(guān)元件的高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c比構(gòu)造為n溝道半導(dǎo)體開關(guān)元件的低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c具有更大的面積。因此再次改進(jìn)高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c的放熱。

現(xiàn)在附加地參考圖3和4來解釋用于運行電路裝置2的方法。在圖3和4中分別在上面示出用于每個控制級8a、8b、8c的三個脈寬調(diào)制的控制信號PWM1、PWM2、PWM3，其下示出所屬的占空比T1、T2和T3，并且其下示出流到三個相u、v、w中的電流i_u、i_v、i_w。

在運行中，控制設(shè)備14產(chǎn)生用于每個控制級8a、8b、8c的脈寬調(diào)制的控制信號PWM1、PWM2、PWM3，以便相電流i_u、i_v、i_w在BLDC電機(jī)4中形成用于驅(qū)動電機(jī)的所期望的頻率的旋轉(zhuǎn)磁場。例如根據(jù)三角形-正弦調(diào)制進(jìn)行控制（圖3）。原則上，可以根據(jù)任意控制模式（例如空間矢量、三角形基波等）進(jìn)行控制，只要其中可以識別以下三個控制相。

相1：所有控制級8a、8b、8c具有激活的低側(cè)開關(guān)（空轉(zhuǎn)）

相2：并非所有控制級8a、8b、8c具有相同的開關(guān)位置

相3：所有控制級8a、8b、8c具有激活的高側(cè)開關(guān)（空轉(zhuǎn)）

在相1和相3中，沒有新的能量饋送到電機(jī)中。電機(jī)中的能量由于空轉(zhuǎn)在所有開關(guān)上耗散。兩個相在功能上是相同的，由此可以省去兩個相之一。省去的相通過其他相來代替。在此重要的是，相2（不同的開關(guān)位置）在其時間進(jìn)程中不變地保持。

圖4中的通過相3代替相1并且反之導(dǎo)致根據(jù)圖4的開關(guān)模式，該開關(guān)模式具有平頂部分。對此，在第一步驟中確定高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和/或低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c的溫度和/或損耗功率作為影響高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和/或低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c的溫度的參量。對此，例如可以測量并且分析高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和/或低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c的溫度。替代地，可以測量并且分析高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和/或低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c的電參量。電參量可以是流經(jīng)高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和/或低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c的電流、施加在高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和/或低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c上的電壓、或者高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和/或低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c處于導(dǎo)電狀態(tài)下的持續(xù)時間。持續(xù)時間例如可以通過分析控制信號PWM1、PWM2、PWM3的占空比來確定。

在第二步驟中，按組地選擇高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c或低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c。為了按組地選擇高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c或低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c，將確定的溫度與溫度極限值進(jìn)行比較。根據(jù)極限值的超出，選擇未超出極限值的高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c或低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c。替代地或附加地可以規(guī)定，選擇具有更小的溫度的高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c或低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c。在本實施例中，高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c被按組地選擇并且如還要解釋的那樣被加載相同的控制信號。

在進(jìn)一步的步驟中，在空轉(zhuǎn)相期間，高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c由控制設(shè)備14通過提供脈寬調(diào)制的控制信號PWM1、PWM2、PWM3來控制，使得例如所有高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c處于導(dǎo)通狀態(tài)并且所有低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c處于不導(dǎo)通狀態(tài)并且因此所有高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c形成用于耗散定子繞組中所存儲的電能或磁能的空轉(zhuǎn)。

在進(jìn)一步的步驟中，在功率饋送相期間，高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c由控制設(shè)備14通過提供脈寬調(diào)制的控制信號PWM1、PWM2、PWM3來控制，使得并非所有高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c或并非所有低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c具有相同的狀態(tài)。

在進(jìn)一步的步驟中，在兩個功率饋送相之間的隨后的空轉(zhuǎn)相期間，高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c由控制設(shè)備14通過提供脈寬調(diào)制的控制信號PWM1、PWM2、PWM3來控制，使得例如重新地，所有高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c處于導(dǎo)通狀態(tài)并且所有低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c處于不導(dǎo)通狀態(tài)并且因此所有高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c又形成空轉(zhuǎn)。

因此在空轉(zhuǎn)相期間，僅僅高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c被負(fù)載并且因此加熱，所述高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c相較于低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c具有更好的冷卻連接。因此電路裝置2通過在空轉(zhuǎn)相期間所描述的運行而更緩慢地加熱，使得能夠給BLDC電機(jī)4輸送更多的能量。此外，在BLDC電機(jī)4的保持不變的電機(jī)功率的情況下，可以更小地設(shè)計電路裝置2，這降低了電路裝置的結(jié)構(gòu)空間需求和電路裝置2的成本。

如果由于高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c的負(fù)載而所述高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c過強(qiáng)地加熱并且這通過確定高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c和/或低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c的溫度而被確定，則控制設(shè)備14現(xiàn)在可以通過提供脈寬調(diào)制的控制信號PWM1、PWM2、PWM3在進(jìn)一步的空轉(zhuǎn)相中控制低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c，使得現(xiàn)在低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c在該進(jìn)一步的空轉(zhuǎn)相期間處于導(dǎo)通狀態(tài)。

因此在該進(jìn)一步的空轉(zhuǎn)相期間實現(xiàn)從高側(cè)開關(guān)10a、10b、10c到低側(cè)開關(guān)12a、12b、12c的負(fù)載變換。

因此電路裝置2通過具有所述空轉(zhuǎn)相的所描述的運行還更緩慢地加熱，使得能夠給BLDC電機(jī)4輸送還更多的能量，或者在BLDC電機(jī)4的保持不變的電機(jī)功率的情況下，可以還更小地設(shè)計電路裝置2。