专利名称：用于监控功率输出级的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种监控功率输出级的方法和装置。该功率输出级具有至少一个半桥，该半桥包括一个具有两个半导体开关的串联电路，并对该半桥施加操作电压。可通过脉冲宽度调制的脉冲控制半导体开关在导通状态和截止状态之间交替地切换，并且所述至少一个半桥的半导体开关之间的连接点形成输出端。
背景技术：
尤其是在汽车的安全方面的应用中，例如电动助力转向，必须检测出任何可能导致危险状况的故障。在电动助力转向系统中，使用DC或EC电机以提供助力，其经由H桥或者B6桥通过在半桥上施加脉冲宽度调制的脉冲来控制。半导体开关元件(通常是MOSFET)是由控制装置(微控制器或者数字信号处理器)驱动的。为了进行故障检测，需要对施加在输出端的均方值(rms)电压进行连续监控。
发明内容
本发明的一个目的在于通过尽可能简单而可靠地监控功率输出级，从而检测到尤其是可能导致危险状态的故障。
根据本发明的方法这样来实现上述目的，即，将输出端产生的信号的各个脉冲宽度与各个预期脉冲宽度相比较，如果偏差没有超出预定尺度，则认为功率输出级无故障。
本发明的一个优点在于可以以简单的方式，通过驱动电路(驱动器模块)和桥的半导体开关，从控制装置的输出端来监控整个电路。由于监控不需要例如当测量输出电压的平均值时所必要的积分元件，所以可快速地评估，并且仅具有较低的误差范围，从而具有高精度。这意味着提高了可靠性。
根据本发明的方法优选地提供了在处理器中进行比较，其还产生提供给半导体开关的脉冲。从而可得到特别简单而可靠的硬件解决方案。在某些处理器中，已经提供了所谓的栅控式计数器(gatedcounter)，通过它可确定不同的脉冲宽度。通过扩充总是在控制装置中的程序，就可容易地执行其他的方法步骤。
在这种类型的控制装置中所用的技术通常不允许电压高于5V。因此，根据本发明的方法的一个改进方案，在至少一个输出端的电平信号与处理器相匹配。
为了在监控期间消除统计变幅，一个改进在于，在比较时，要对输出信号的脉冲宽度和预期脉冲宽度评估多个周期。
另一个改进包括如果在测量输出信号的脉冲宽度所需的时间间隔内脉冲宽度是恒定的，则进行比较。由此，该比较和评估的计算时间是在这样的时间内，即此时在控制装置中的其他程序较少激活。这还可通过如下方式实现如果在测量输出信号的脉冲宽度所需的时间间隔内脉冲宽度是以已知方式变化的，则进行比较。
在根据本发明的一个装置中，通过以下方式实现该目的可将至少一个输出端的信号提供给比较装置的输入端，其中比较装置被设计为用于将信号的脉冲宽度与脉冲的脉冲宽度进行比较。通过以下方式可在根据本发明的装置中实现特别简单的比较比较装置是控制装置的一部分，其产生可经由驱动电路提供给半导体开关的控制输入端的脉冲。另外，该测量提高了故障检测的可靠性。
根据本发明的装置还可提供用于电平匹配的电路，该电路设置在控制装置的至少一个输出端与输入端之间。
本发明允许多个实施例。附图中利用多幅示图示意性地示出了这些实施例中的一个，并将在下面进行说明。附图中图1示出了一个典型实施例的电路图；图2示出了图1所示的典型实施例的信号曲线图；以及图3示出了另一个典型实施例的电路图。
具体实施例方式
在所示典型实施例中，每两个MOSFET Hu、Lu；Hv、Lv；Hw、Lw构成具有输出端10、11、12的半桥7、8、9，分别连接到无刷永久励磁同步电机的星型连接绕组13、14、15。向输入端16提供操作电压Ub。
该装置还包括控制装置20，其由微型计算机或数字信号处理器构成，就其本身而言，属于功率输出级的领域，对于说明本发明而言，不需要再对该控制装置进行说明。控制装置20的输出端连接至驱动电路21，该电路产生用于MOSFET Hu到Lw的控制信号Au、Av、Aw。控制装置20还具有输入端，其可被提供由分压器23、24、25所产生的电压。分压器具有显著高于绕组13、14、15的电阻值，以便不影响输出级在运行期间的效率。
由控制装置20提供给驱动电路21的脉冲通常源自于时钟脉冲，该时钟脉冲具有显著高于驱动脉冲重复频率的频率。因此在控制装置中还确定了各个脉冲中有多少个时钟脉冲宽度。在图1所示的典型实施例中，如果在所有情况下，时钟脉冲的数量是从所要检测的信号Su、Sv、和Sw的前沿起计数到后沿，则易于比较该数量。这考虑了取决于驱动电路21和半导体开关的切换时间的任何误差。
图2示出了半导体开关的驱动，其构成了三相U、V、W，使得上部各个半导体开关在电平H时导通，而下部半导体开关在电平L时被控制为导通状态。另外，图中示意性地示出了三个信号Su、Sv、和Sw。图中示出了在所有情况下的三个时期，其持续时间为例如50μs，对应于20kHz的频率。由于该频率显著地高于旋转场的频率，所以图2中不能看出形成旋转场的宽度调制。可以说，图2表示了一种瞬态显示，其中电平H的时间间隔在相位U中最大，在相位W中最小，而电平L的时间间隔在相位U中最小，在相位W中最大。在符合规定的操作期间，脉冲宽度Au、Su、Av、Sv、Aw、Sw基本上相同。
偏差被解释为故障，其还被理解为脉冲的全部失落。
在图3中所示的典型实施例中，提供了单独的比较装置28，一方面，如同第一实施例，经由分压器向其提供输出信号Su、Sv、和Sw，另一方面，向其提供由控制装置产生的驱动信号。比较装置28可以使用各种技术，例如固定接线电路或可编程装置，例如微处理器。
权利要求
1.一种监控功率输出级的方法，所述功率输出级具有至少一个半桥，所述半桥包括一个具有两个半导体开关的串联电路，并对所述半桥施加操作电压，其中，可以通过脉冲宽度调制的脉冲控制所述半导体开关在导通状态和截止状态之间交替地切换，其中，所述至少一个半桥的所述半导体开关之间的连接点形成输出端，其特征在于，将在所述输出端产生的信号的所述各个脉冲宽度与各个预期脉冲宽度进行比较，如果偏差没有超出预定水平，则认为所述功率输出级没有故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比较在处理器中进行，所述处理器还产生提供给所述半导体开关的所述脉冲。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述至少一个输出端的所述电平信号与所述处理器匹配。
4.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述比较期间，分别评估多个周期的所述预期脉冲宽度和所述输出信号的所述脉冲宽度。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，如果在测量所述输出信号的所述脉冲宽度所需的时间间隔内所述脉冲宽度是恒定的，则进行所述比较。
6.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，如果在测量所述输出信号的所述脉冲宽度所需的时间间隔内所述脉冲宽度是以已知方式变化的，则进行所述比较。
7.一种监控功率输出级的装置，其中所述功率输出级具有至少一个半桥(7、8、9)，所述半桥包括一个具有两个半导体开关(Hu、Lu；Hv、Lv；Hw、Lw)的串联电路，并对所述半桥施加有操作电压，可以通过脉冲宽度调制的脉冲控制所述半导体开关(Hu、Lu；Hv、Lv；Hw、Lw)在导通状态和截止状态之间交替地切换，其中所述至少一个半桥(7、8、9)的所述半导体开关(Hu、Lu；Hv、Lv；Hw、Lw)之间的连接点形成输出端(10、11、12)，其特征在于，将所述至少一个输出端(10、11、12)的信号提供给比较装置(20)的输入端，所述比较装置用于将所述信号的脉冲宽度与所述脉冲的脉冲宽度进行比较。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述比较装置是控制装置(20)的一部分，其产生可通过驱动电路(21)提供给所述半导体开关(Hu、Lu；Hv、Lv；Hw、Lw)的控制输入端的所述脉冲。
9.根据权利要求7或8任一项所述的装置，其特征在于，电平匹配电路(23、24、25)设置在所述至少一个输出端(10，11，12)和所述控制装置(20)的所述输入端之间。
全文摘要
本发明涉及一种监控功率输出级的方法和装置，其中该功率输出级具有至少一个半桥，该半桥包括一个具有两个半导体开关的串联电路，并对该半桥施加操作电压。可通过脉冲宽度调制的脉冲控制半导体开关在导通状态和截止状态之间交替地切换，并且所述至少一个半桥的半导体开关的连接点形成输出端。根据本发明，将所述输出端的信号的各个脉冲宽度与相应设置的脉冲宽度进行比较，如果偏差没有超出预定值，则认为所述功率输出级无故障。
文档编号H02P7/00GK1795599SQ200480014135
公开日2006年6月28日 申请日期2004年4月30日 优先权日2003年5月23日
发明者弗兰克·萨德尔 申请人:西门子公司