检测开关结构中的短路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及电感性负载的供电。
[0002] 更具体来说，本发明涉及检测可能在诸如例如晶体管桥之类的开关结构中发生的 异常(诸如短路)，所述开关结构被设计用于控制电感性负载中的给定数值的电流。
【背景技术】
[0003] 本发明特别应用在汽车领域中。其例如可以被实施在合并有诸如H桥之类的开关 结构的电子电路中。
[0004] 在汽车工业中，这样的集成电路被用于控制诸如例如电动机之类的电感性负载中 的电流的方向和/或强度。
[0005] 这些电动机可以被使用在用于致动器的电子控制系统中。这例如可以是用于控制 节流阀门（或ETC器件，即"电子节流控制"）或废气再循环阀门（或EGR器件）或者用在引擎 或其他控制中的任何其他阀门的器件。更一般来说，其可以是由电动机致动的任何其他设 备，诸如例如电动车窗。
[0006] 用于这样的电感性负载的电力供应装置通常使用诸如开关H桥之类的开关结构。 H桥包括四个功率开关，即处于正电力供应侧(例如产生正电力供应电压的电池）的两个 "高"开关，以及处于负电力供应或接地侧的两个"低"开关。每一个开关通常包括MOS (金 属氧化物半导体）功率晶体管。
[0007] 基于设定点控制信号产生用于所述四个晶体管的模拟控制信号的序列。所述设定 点信号和模拟控制信号通常是脉冲宽度调制信号，或PWM信号。其占空比允许控制注入到 电感性负载中的电流的数量，并且因此，控制该负载中的平均电流强度。
[0008] 在图2中图示了根据分层架构的电子控制系统的功能分解的一个实例。在分层结 构中处于最高层的层21 (称为"应用"层）允许选择一个参数集合(初始化)。在所述系统的 层22 (被称作"控制"层）中生成设定点信号，层22在层23 (或"命令"层）上方，层23本身 处于由H桥的电子元件构成的层24 (或"硬件"层）上方。关于硬件和/或软件实现方式， "命令"层23和"硬件"层24可以被形成在同一集成电路内。"应用"层21和"控制"层22 可以被实施在汽车的计算机的微处理器中。
[0009] -种给定策略导致在某些给定配置中在设定点信号的频率下控制H桥。其他配置 则相反地被禁止，诸如例如高开关和低开关被一起闭合从而在电池与接地之间产生短路的 配置。
[0010] 短路可能发生在H桥的各个输出之间、或者每一个输出与接地之间或者每一个输 出与电池的正电压之间的电缆连接中。H桥通过在发生短路的情况下将其自身与电力断开 来保护其自身，并且因此避免其自身受到破坏。
[0011] 通过测量流经功率晶体管的电流可以检验潜在短路的存在。这一测量必须在控 制信号的一个周期期间，在完全包括在控制信号的所述周期的部分内的时间窗口内部来实 施，其中后者不会改变电气状态，其显然取决于占空比。如果在这一参考时间窗口期间测量 的电流超出被称作短路电流的给定阈值，则在系统的"命令"层23中声明异常。
[0012] 但是在"控制"层22中，一般的策略是过滤罕见的故障发生，其中所述发生在任何 情况下都将无法在维修车间中的诊断测试期间得到确认。为了克服检测过于灵敏的问题， 可以通过几个相继的检验实施一种确认机制。这种机制可以基于分别与所考虑的每一种异 常相关联的异常计数器。这一异常计数器例如可以在系统的"应用"层21中依赖于如下信 息被保持更新，该信息与在实施每一项检验时从"硬件"层24经由"控制"层22和"命令" 层23反馈的所述异常的存在或不存在有关。因此，如果所述检验产生关于异常存在的肯定 结果，则异常计数器被递增，并且在相反的情况下可以被递减。
[0013] 但是可以有可能发生如下情况：所述检验无法检测到实际仍然存在的异常。这样 的情况例如包括以下非限制性情况： ?在检验时不可能检测到H桥的配置中的短路(例如如果所寻找的短路与所述配置中 处于闭合状态的开关并联的话）； ?相对于观察到在允许检测短路的负载中的电流中异常上升所需的时间，可用于检验 的时间不足（由于设定点信号的频率和占空比，和/或潜在地由于短路的电感）； ?短路电流的不足（由于电池的电压，和/或潜在地由于短路的电阻)。
[0014] 为此原因，所述确认机制还可以生成与关于异常不存在的信息相关联的有效性信 息，以便区分异常真实不存在的情况与没有检测到异常但是关于该异常的存在或不存在仍 有不确定性的情况。实际上，在给定检验期间未能检测到异常的这一事实并不一定指示所 述异常不存在。
[0015] 因此，当与异常不存在有关的信息被反馈到"控制"层22时，只有在有效性位被附 加地置位的情况下，异常计数器才递增。如果有效性位未被置位，则计数器被保持在其当前 状态(既不递增也不递减)。
[0016] 根据前述原理操作的异常检测器件在有效性位方面相对缓慢。实际上，电流异常 检测器件在具有固定持续时间的时间窗口内部实施电流测量。在不存在短路的情况下，这 一持续时间可以处于30和55 μ m的范围内。如果检测到短路，则在检测到短路时置位有 效性位，这很有可能在远低于30 μ s的时间内进行。假定H桥保持在给定配置中的周期取 决于占空比，并且考虑将要覆盖的占空比的范围(在理想情况下是设定点信号的周期的10% 到90%，并且通常最少是该范围的20%到80%)，在该例中发现对于高于3. 6kHz的频率，在已 知的器件中对于异常位的使用并不令人满意。在超出这一频率的情况下，对于异常的检测 并非最优，因为系统非常经常地处于前面所提到的情况之一，以至于许多接连的检验产生 不确定的情况，从而导致不可能将有效性位纳入考虑。
[0017] 在这些情况下，如前面所呈现的使用有效性位来管理异常计数器的做法实际上会 降低异常检测的性能。为此原因，当前必须以高于大约3. 6kHz的频率操作的系统不使用有 效性位。因此，关于异常的存在或不存在的所有不确定情况都通过上行馈送Upfeed)与未 检测到异常有关的信息来应对，而不进行任何其他可能的区分。在存在真实异常的情况下， 这种类型的检测可能会在提供到"应用"层21的响应中生成延迟。在某些情况下，已知的 器件不允许检测到异常的存在。
【发明内容】
[0018] 本发明例如以在前面的介绍中呈现的有效性位的形式提供对于有效性信息的管 理，这提供对于异常的更高性能的检测。即使以高于3. 6kHz的频率控制H桥时，所提供的 解决方案也允许在异常检测中保留相同的可靠性水平，除了其他的之外，这归因于集成电 路的时钟的更高精度、对于短路检测的判定的预期以及在应用层级调节参考时间窗口的持 续时间的可能性。
[0019] 为此目的，本发明的第一方面提供一种用于为电感性负载供应电力的器件，其包 括： ?包括至少一个功率开关并且被设计成控制所述负载中的电流的开关结构，以及 ?用于检测异常的装置，被设计成生成关于检测到短路类型的异常的信息或者关于未 检测到短路类型的异常的信息，以及关于有效性的信息，所述有效性是指关于未检测到异 常的信息的有效性，所述关于有效性的信息在默认情况下未被置位， 一种器件，其中用于检测异常的装置包括： -用于测量电流的装置，被设计成在检测时间窗口内测量功率开关中的电流，所述开 关结构在所述检测时间窗口期间被保持在给定配置中， -比较装置，被设计成把所测量的电流与短路电流阈值进行比较并且与低于短路电流 阈值的中间电流阈值进行比较， 并且其中，检测时间窗口（T_diag)包括跟随在功率开关激活之后的参考时间窗口，并 且视需要还包括跟随在所测量的电流超出中间电流阈值的时刻之后的辅助时间窗口，所述 比较装置还被设计成： ?如果所测量的电流在参考时间窗口结束之前达到短路电流阈值，则递送关于检测到 异常的信息并且置位有效性信息， ?如果所测量的电流直到参考时间窗口到期一直保持低于中间电流阈值，则递送关于 未检测到异常的信息并且置位有效性信息， ?如果所测量的电流在参考时间窗口结束之前变为高于中间电流阈值但是直到检测时 间窗口结束一直保持低于短路电流阈值，则递送关于未检测到异常的信息并且置位有效性 信息， ?如果所测量的电流在参考时间窗口结束之前变为高于中间电流阈值但是在检测时 间窗口结束之前变为高于短路电流阈值，则递送关于检测到异常的信息并且置位有效性信 肩、。
[0020] 减小生成有效性位所需要的时间窗口，即使在高于3. 6kHz的频率控制所述系统 时也允许使用这样的有效性位。为此原因，所述异常检测机制的精度得以提高，因为只有关 于不存