检测开关结构中的短路的制作方法_3

文档序号:8338352阅读:来源:国知局
(电阻和电感)。其可能会影响H桥的正确操作,并且因此 影响包括受控负载的系统的正确操作。
[0040] 实施对于短路类型的异常的检测,从而使得可以例如在系统的处于"控制"层22 上方的"应用"层21中提供适当的响应。这一适当的响应例如可以形成机动车辆的诊断功 能的部分。
[0041] 为了使所述系统不会由于过度灵敏度而经受过大数目的错误警报(例如对于罕见 的间歇性短路或者对于检测电路的电磁干扰),与特定数目的所考虑的异常有关的信息返 回可以使用通过几项接连检验的确认机制。这种机制基于与所考虑的每一种异常相关联的 异常计数器。可以对于将要监视的每种异常提供一个异常计数器。
[0042] 这一异常计数器例如可以在系统的"命令"层23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返回的检测到或者未检测到异常有关。
[0043] 在一些实施例中,这种机制实施一 "有效性位",以便区分经过适当检验的异常不 存在的情况与可能由无法检验而导致的对于异常的存在或不存在不确定的情况,诸如在介 绍中呈现的情况。
[0044] 参照图4a和4b中的时序图,通过周期性设定点信号PWM的脉冲宽度调制实现对 于电动机1中电流的控制。该信号具有给定的设定点占空比,并且被用来生成用于晶体管 桥的各个晶体管的控制信号。
[0045] 所述设定点信号具有可以达到IOkHz的频率,该频率给出大约100 μ s的周期T。
[0046] 如图4a中所示,在每一个周期Τ,这样的设定点信号PWM处于来自高和低逻辑状 态之间的给定的第一逻辑状态达该周期T的至少第一部分,并且处于另一逻辑状态达该周 期T的其余部分。在图4a中所示的实例中,设定点信号PWM处于高逻辑状态(活跃状态)达 该周期T的具有小于周期T的持续时间h的部分,其被称作激活持续时间。设定点占空比 d_由下式给出: dc〇m=t〇/T (1) 设定点占空比d。》可以在0%和100%之间变化。对于短路的检测可以接受的是完全仅 在20%和80%之间操作,但是对于其优选的是在10%和90%之间。
[0047] 图4b示出了响应于图4a中的设定点控制信号PWM获得的电动机1中的电流Im的 瞬时数值的时间变化。
[0048] 在设定点信号PWM的激活持续时间上,换句话说,在该实例中当该信号处于高逻 辑状态时,电动机1中的电流I m朝向给定标称数值增大。该标称数值对应于正电力供应电 压除以总电阻数值的比值。随后,取决于电动机1的所期望的旋转方向,H桥被控制在分别 由图3a和3b图示的第一或第二状态中。
[0049] 在设定点信号PWM的去激活周期期间,换句话说,在该实例中当该信号处于低逻 辑状态时,电流I m朝向零值减小。那么H桥被控制在由图3c图示的第三状态或续流状态 中。
[0050] 由于电动机1所形成的负载的电感性质,电流Im的上升和下降具有温和的斜率, 而不是遵从设定点信号PWM的直角边沿的轮廓。
[0051] 电流Im的平均值<IM>由下式给出: <IM>=dcom X vbdt χ 1/R (2) 其中R实质上是电动机1的阻抗的数值。其他电阻性元件是被称作RDSON的晶体管的 导通状态下的电阻以及连线、连接和集成电路轨迹线的电阻的数值。
[0052] 正如在介绍中所呈现的那样,在系统的"命令"层23中实施对于异常的检验,换句 话说例如通过测量在H桥的特定配置中的H桥的各个MOS功率晶体管中的真实电流。
[0053] 当检测到异常时,向系统的"应用"层21发送相应的信息。当指示异常的信息被 返回到该层时,在这一层级被管理的异常计数器被递增。相反地,当没有检测到异常时,相 应的信息被发送到微控制器,并且然后有效性位指示异常检测的不存在对应于异常的实际 不存在(在这种情况下,有效性位例如被置位,即被置位到逻辑状态1)还是仅仅对应于如下 事实:未能实施对于异常的检验或者无法保证检测到潜在异常(在这种情况下,有效性位不 被置位,也就是说在假设其在系统启动时被复位到〇的情况下,在该实例中被保持在逻辑 状态0)。
[0054] 当异常计数器超出特定阈值时,通过一连串检验确认H桥中的异常的实际存在, 在"应用"层21中生成相应的信息。灵敏度(换句话说即最大可许可数目)被固定在这一水 平。
[0055] 将提到的是,几个异常计数器可以并行地运行在"应用"层21中,例如每一个类型 的异常一个和/或可以被考虑的每一个异常一个。
[0056] 在图5中示意性地呈现了控制器件的一个实施例。下面将参照图6a、6b、6c、6d和 6f中的曲线图来解释其操作。这些曲线图给出了当H桥处于正常配置(例如来自图3a和 3b中的那些配置)或者处于短路配置中时在晶体管(M1、M2、M3或M4)中测量的作为时间函 数的电流。
[0057] 参照图5,器件4可以通过例如ASIC (专用集成电路)的集成电路的形式或者类似 的形式来实施。其可以耦合到例如处于所述器件本身外部的控制单元2,例如微控制器、微 处理器或类似器件。但是在大多数情况中,逻辑和控制单元2处于内部。其例如被形成在 包括MOS功率晶体管的集成电路的逻辑内,在这种情况下其更常被称作将其功能标示为智 慧功率电路的"智能功率"电路。逻辑和控制单元2还可以是独立的集成电路,受控的MOS 功率晶体管于是采取单独的部件的形式。
[0058] 如果考虑分层模型,诸如前面用于所述系统的建模已经参考过的分层模型,则逻 辑和控制单元2的功能对应于系统的"命令"层23。
[0059] 逻辑和控制单元2接收控制信号DIR和PWM作为输入。其递送用于向电动机1供 应电力的H桥的各个MOS晶体管的控制信号SI、S2、S3和S4作为输出,即分别用于晶体管 Ml、M2、M3 和 M4。
[0060] 在逻辑和控制单元2的输入处,信号DIR例如是控制电动机的旋转方向的二进制 逻辑信号,换句话说即控制流经H桥的电流的方向(参见图3a和3b)。信号PWM是设定点 控制信号,具有设定点占空比d。》,设定点占空比(!^确定为负载供电的电流的数量,从而例 如允许控制电动机1的速度和/或扭矩。信号DIR和PWM例如源自电动机控制计算机,即 来自系统的"应用"层21,并且经由"控制"层22中继。信号PWM例如具有大约IOkHz的频 率,这给出大约100 μ s的周期。
[0061] 此外,逻辑和控制单兀2 -方面接收第一信号Iccl、Icc2、Icc3、Icc4,并且另一方 面接收第二信号丨1^1、1丨拉2、1丨拉3、1丨拉4。第一信号分别表示在冊3晶体管組、]\12、]\0、 M4中检测到或未检测到潜在的短路。第二信号表示所测量的电流超出中间电流阈值。这些 第一信号和第二信号当中的每一个例如是二进制信号,即信息的一位,其可以取得逻辑值1 或〇以用于分别指示检测到或未检测到短路或者电流超出中间电流阈值。在后面将描述的 特定条件下,这些位使得在逻辑和控制单元2中管理的矛盾(contradiction)计数器向上 /向下计数。例如名为err_ C〇unt的该计数器的数值允许对于在参考或检测时间窗口结束 时没有检测到短路并且随后在这些时间窗口外部检测到短路的情况的次数进行计数。
[0062] 对于在四个MOS功率晶体管中流动的电流进行比较的装置由电压比较器表示,其 差分输入处于与每一个晶体管相关联的低数值电阻的任一侧。这样的电路将能够实施所寻 求的功能,并且电流阈值将取决于在电压比较器中固定的滞后的数值。在集成电路中,优选 地将电流镜与电流比较器一起使用来实现相同的功能。但是该表示将比图5中所选择的表 示略微更加复杂。
[0063] 不管该技术实现方式如何,第一信号Iccl、Icc2、Icc3和Icc4被设计成作为在各 个MOS晶体管中流动的电流的数值的函数而取得逻辑值0或1。在一个实例中,如果在所讨 论的晶体管(分别是Ml、M2、M3或M4)中流动的电流高于阈值I_oc (换句话说对应于短路 的电流),则信号Iccl、Icc2、Icc3和Icc4取得逻辑值1。
[0064] 此外,不管其技术实现方式如何,第二信号Iintl、Iint2、Iint3和Iint4被设计成 作为在各个MOS晶体管中流动的电流的数值的函数而取得逻辑值0或1。举例来说,如果在 所讨论的晶体管(分别是Ml、M2、M3或M4)中流动的电流高于阈值I_int (换句话说,高电 流,但显著低于阈值I_〇c),则
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