用于多相变换器的相诊断的方法

专利名称：用于多相变换器的相诊断的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对多相变换器进行相诊断(Phasendiagnose)以便检测各个变换器相中的可能缺陷的方法，其中按照对于各个变换器相的对称负载分布来进行调节。
背景技术：
本发明完全一般性地涉及在多相的DC/DC、AC/DC、DC/AC或AC/AC变换器、也就是电流变换器或电压变换器的情况下在生产过程中的相诊断。在此，尤其是涉及在制造进程中对这种多相变换器的抽样式检验，以便确保所制造的产品(变换器或具有变换器的控制设备)在避免各个变换器相中的缺陷、尤其是可能的过热方面连续地满足要求。这里所考察
的变换器在此例如是为了汽车电子装置考虑的，但是不仅是为了汽车电子装置考虑的。在制造变换器或变换器设备时常见的是，通过功能测试或在最终检查时或在后续的试运转检查(Run-In-Priifung)时,通过变换器相的意外迅速的升温来检测构造缺陷和/或组件缺陷。为此通常在变换器中设置多个温度传感器，也就是每个相设置至少一个传感器以及通常附加地设置另一个采集变换器或变换器设备的总温度或壳体温度的温度传感器。如此获得的多重温度信息可以在制造中或者在出于诊断目的的抽样检验中用于例如特定于相地识别与冷却体的不良的热连接。另一方面还已知的是，为了用不同的直流输出电压来传输能量而使用DC/DC变换器，其中在最简单的情况下，设置建立或中断与直流电压源的连接的开关装置，其中该开关装置的占空比确定了输出电压或输出电流的高度。现在为了达到高的功率，经常使用“多相”变换器，也就是具有多个并联单元的变换器。这些并联的单元或相被相移地操控，以便因此实现对所需滤波器件的减少或缩小。在这种多相变换器中出现了以下的问题，即例如由于组件公差，即使在PWM操控信号的脉冲宽度相同(PWM脉冲宽度调制)时，不对称的负载分布、尤其是电流分布(有时还有电压分布)也可能被提供到各个相上。但是这是不期望的，因为一方面损耗由于变换器的欧姆电阻而上升并且变换器的效率由此恶化，并且另一方面由于例如电流的分布不等，各个电感由于过高的相电流而达到饱和，这导致整个变换器的最大功率减少或导致一个相的失效。所以在实践中，在多相变换器系统中例如执行电流对称化(一般地负载对称化)，其中为此设置常规的PWM电流调节。例如通过测量电阻来测量和计算一个相的电流；在此如此选择各个变换器相的占空比，使得得出到各个相的“对称的”(均匀的)电流划分。这通过对各自的相占空比(Phasen-Tastverhjiltnis)的对应调整来实现,其中各个占空比可以是完全互相不同的。通过对称的电流划分，既可以降低组件公差的影响，又可以减小在变换器构造中的特定结构方式不对称性的作用，所述结构方式不对称性例如是由于通向各自相的不同长度的引线所引起的
发明内容
本发明的任务现在是，在像开始时所说明的方法中降低必要的构造上的成本并且在此尤其是节省温度传感器连同所属的分析电路；在后续中也应该达到在减少器件和因此降低的制造成本方面的成本节约，以及在较小的缺陷可能性方面的质量改善，此外通过在电路板上的更少的器件数量达到位置节约(更少的结构空间)，以及达到在电路板上布线的简化。尤其是应该利用本发明以抽样检查来实现过程检控，其中还在必须将设备作为有缺陷的淘汰之前，应该能够确定过程的恶化。在此，本发明所基于的认识是，诊断可以通过考察对称性调节来进行，也就是通过这样的方式，即诊断与温度有关地基于变换器相的占空比或负载预给定的划分的改变。为了解决所提出的任务，本发明因此规定一种如开始时所说明方式的方法，该方法的特征在于，在变换器的运行中在至少两个不同的时刻在不同的温度下，以任意的顺序采集变换器的各个相的负载预给定的划分。在负载预给定的划分有变化的情况下，可以推断出过程中的恶化或有时也可以推断出在至少一个相中存在重要的缺陷。在此，特别优选的是，首先在冷的变换器的情况下在室温下并且然后在预先给定的运行持续时间之后在变换器温升之后采集负载预给定的划分。
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这里为了完整性起见提及，存在可以在本方法中应用的不同的变换器布局。这些不同的变换器布局可以如下地汇总在三个组中
所述变换器例如可以是能够直接调整输出电流的电流变换器；以下示例性地一再详细深入探讨该实施方式。另一方面，所述变换器作为电压变换器可以调整电压，其中例如可以提供向上变换或向下变换(升高/下降)。在这种方式的电压变换器并联的情况下，为了达到相同的电流或负载划分，对电压预给定、也就是变压比(Spannungsiibersetzungsverhjiltnis )进行微调。因此在这里间接地通过电压来调节电流。作为第三种方式还可以考虑串联的电压变换器，以例如达到更高的变压比。在该实施方案中电流总是相同的，并且这里通过串联电压变换器的输出电压的对称化来达到所希望的对称的负载划分。因此在本方法中，首先例如在或多或少地冷的设备中在室温下采集负载预给定(按照变换器类型而定，例如电流预给定、必要时还有电压预给定)到各个相上的划分。例如在三相变换器的情况下，电流预给定的划分假设为34%/33%/33%。然后对变换器相加载一段时间，使得得出整个变换器的升温。该温度变化引起变换器特性的改变，而且通常引起效率的恶化。在该升温之后，仍然在升温的状态下，重新采集和分析相负载的划分。在此可能得出在电流预给定或一般地负载预给定的划分方面的变化，该变化可归因于不同原因、尤其是归因于变换器中的热点。只要存在结构方式所引起的不对称性，这些不对称性从一开始就是已知的，并且因此可以先验地考虑这些不对称性。超出这些结构方式所引起的不对称性之外的改变、也就是尤其是与在冷状态下测量时的结果相比在同一设备处的变化，反之指明了在各自相中的缺陷。负载预给定的这种改变了的划分可以被诊断出来并且分配给相应的相。例如假设，在三相变换器的上述示例中，从现在起在升温之后电流预给定的划分为30%/30%/40%。从该变化了的划分中可以推断出第三变换器相中的缺陷。适宜的是，预先规定电流预给定的划分中的偏差的允许程度，以便例如考虑尤其是在所装入的电感方面的组件公差并且以便因此避免明显缺陷。仅作为示例在这里提出，必要时完全可以接受±5%的偏差。电流预给定划分中的偏差的各自的允许的程度当然与各自的目的和与各自的设备有关，并且因此与此相对应地单独地来确定。在本方法中，不在制造缺陷、例如组件与冷却体的不良热连接或组件缺陷(过度的升温、不同电参数的不允许的温度相关性)之间进行区分；只要组件缺陷是不正常升温的原因，则如果从一开始在组装之前就已经检验了所使用的电路组，就不应出现这样的缺陷。于是借助本方法可以专门确定由于不良的热连接、即不充分的冷却或散热而导致的过度升温。如果在每一个变换器相中借助电流测量装置来测量各自的相电流，则对于相电流的均匀的划分(相电流的对称化)是有利的。此外，在此方面还有利的是，在每一个变换器相中借助PWM装置通过相应的占空比来调整各自的相电流。如果为了采集各个变换器相的电流预给定的划分对各个相的PWM装置的占空比、进行分析，则由此在后续中在本方法的进程中也得出一种简单的诊断可能性。本方法的一种有利的实施方式的特征还在于，设置连接到电流测量装置的用于求和和/或求平均值的装置，在具有用于变换器的每一个相的调节器装置的对称化单元中使相电流对称化时使用所述装置的输出信号作为额定值预给定，其中将各自的所测量的相电流作为实际值输送给对称化单元的相调节器装置，并且其中相调节器装置输出用于相电流的调整信号。此外，在此还有利的是，此外将用于求和和/或求平均值的装置的输出信号作为实际值输送给总电流调节器，该总电流调节器根据额定值预给定推导出与相调节器装置的各个调整信号相组合的相电流调整信号。相电流调整信号例如可以简单地与相调节器装置的各个调整信号进行逻辑加法运算。通过本发明尤其是达到了这样的优点，即实际上可以取消所有的温度传感器连同其分析电路；必要时可以保留一个温度传感器，该温度传感器在设备的热点中可充当过载传感器。通过降低温度传感器的数量在后续中总体上需要较少的器件，这减少了制造成本并且因此带来了成本节约。变换器设备中的较少的器件此外还意味着较少的缺陷可能性，即出现较少的缺陷，使得总体上还得出质量改善。最后通过装入较少的器件，需要较少的结构空间或较少的电路板面积，这导致位置节约或导致紧凑的结构方式，并且此外在电路板上还带来了布线的简化。


以下借助特别优选的实施例(但是本发明不应局限于这些实施例)和参照附图还进一步阐述本发明。详细地，在附图中
图I示意性地以剖视图示出一种变换器设备，其具有通过导热膏安装在冷却体上的电路板；
图2示出冷却体的俯视图，该冷却体具有之字形施加在其上的导热膏；
图3示出根据图2的冷却体的俯视图，其中从现在起，在对图I中可以看到的电路板进行压装之后，导热膏平坦地散布开，但是其中作为缺陷留下了无导热膏的区域，在该区域处因此不提供电路板到冷却体的连接并由此不提供良好的散热；
图4完全示意地示出三相变换器的方框图，该三相变换器具有在各个相中的电流测量装置以及具有与所述电流测量装置连接的PWM调整器；和
图5示出这样的三相变换器的在调节技术上的等效电路图。
具体实施例方式在图I中完全示意性地以剖视图说明槽形的壳体底部1，该壳体底部I同时用作为冷却体2并且例如配备有底侧的冷却鳍3。电路板4、也就是在所示出示例中的功率电路板4通过导热膏5位于在该冷却体2上，该导热膏5以比较薄的层的形式安放在冷却体2的平的上侧和功率板4的底侧之间。这样的导热膏本身是充分已知的；该导热膏是电绝缘的，但是实现了各自的电路板4到壳体、这里是到冷却体2的良好的散热或连接。在功率电路板4之上，根据图I还示意性地表明了同样如功率电路板4那样属于多相变换器10的控制电路板6。最后，在图I中，通过虚线分开地示意性地说明所示变换器10的三个相I，II和 III。在此情况下通常涉及相同类型构造的变换器单元，这些变换器单元例如本身分别提供特定的输出电压、尤其是直流电压，其中紧接在各个相中的变换之后，可以通过这些相的汇总将输出电压连接在一起，以便因此达到相应较高的输出电流。例如在汽车电子装置的领域中，在65A的最大电流时，于是可以设想12V数量级的输出电压(直流电压)；各自变换器设备的设计本身可以处于750 W。完全可以看出，在这样的功率下，随之而来的是电路部件的、以及因此尤其是甚至于功率电路板4的相应的升温，因此到冷却体2的尽可能良好的连接是重要的。正如所提及的那样，将导热膏5用于电路到冷却体2 (或完全一般性地到壳体)的这种连接；该导热膏5在开始时在还为流动的状态下例如之字形地或回形地被施加在冷却体或隔板2的上侧上，如从图2中根据实际的示例可以看出的那样。导热膏5在此还是可刷涂的或可流动的，并且然后必须在导热膏5可能固化之前迅速将各自的电路板4(参见图I)压紧到冷却体或隔板2上、一般地壳体件I上，以便因此通过所施加的压力使导热膏5流动和分布并因此导致所需区域中的尽可能一致的薄层，参见图3。但是在图3的示例中，层状的导热膏5在多个缺陷位置7处例如由于气泡式的夹杂物而中断，并且在这些位置处得出了安装在其上的功率电路板4的不良的冷却作用(参见图I)。于是这在多相变换器10的运打中意味着，在一定运彳丁时间之后并且因此在相应的升温之后，在变换器10的区域中、也就是在这些暴露的缺陷位置7所位于的那个相的区域中得出过度的升温，这导致在该部件中的或在变换器10的该相中的功率损耗。现在要通过尽可能简单的技术确定这样的制造过程恶化或在制成的变换器10中的制造缺陷，其中尤其是应避免为了能够确定和定位相应的过热而必须在电路板4上安放多个温度传感器。在当前的处理方式中，替代于必须持续执行的多个温度测量，实现例如两次采集到变换器10的各个相I，II和III上的电流划分或电压划分(根据变换器类型)、一般因此是负载划分，其中当存在着像在图3中在7处所指明的这种缺陷或导致过度升温的类似的缺陷时，则得出了，负载预给定到各个相上的划分经历了变化，其中该划分本身应尽可能相同、即应该是“对称的”。从负载划分或负载预给定的该变化中于是可以反推出存在的缺陷。现在从图4中在完全示意性的方框图中说明一种具有PWM变换器电路11的这样的变换器10、例如电流变换器，该PWM变换器电路11包含多个开关装置12. 1，12. 2和12. 3，每一个开关装置用于变换器相I，II和III中的一个。这些开关装置12. 1，12. 2和12. 3在图4中仅是完全示意性地表明的，并且在实际上例如由电子开关、例如场效应晶体管来构成，正如这本身是已知的那样。这些开关装置12. 1，12. 2和12. 3由以相应方式被实施为三相的PWM调整器13来操控；该PWM调整器13作为输入信号获得由输出侧的电流测量装置14. 1，14. 2和14. 3、优选也由输入侧的电流测量装置15. 1，15. 2，15. 3所输送的测量信号，正如在图4中用虚线所示出的那样，而且每一个电流测量装置用于各自的相I，II或III。PWM调整器13和开关装置12. 1，12. 2和12. 3因此共同形成了用于调整(用于调变(Dimmen))各自的相电流I “或i3的PWM装置。在图4中在输出端处还表明了三个相的汇总，以便导致相应高的单个的输出电流IA。以相应的方式，在输入侧表明了通向变换器电路11的、即通向各个三个相的输入电流Ie的平行输送。分析单元或分析电路17最后还与PWM调整器13连接，该分析单元或分析电路17针对开关装置12. 1,12.2和I. 3的接通和关断采集由PWM调整器13根据各个相电流I1, “和i3的测量所计算出的占空比。逐个相地进行占空比的这种采集，使得在运行中在涉及各自相I，II和III的占空比的改变时，例如在变换器10在接通之后在相应长的负载之后直接从室温升温到较高的温度时，采集这些与相有关的占空比。如果在这种升温时相电流划分从原来经过给定调节所给定的或多或少对称的划分改变到不对称的分布，例如从34%/33%/33%的分布改变到分布30%/30%/40%，或者从PWM占空比的从例如81%/80%/80%的比例改变到79%/79%/92%，则可以推断出制造缺陷、或由于在各自相中的、例如在相III中的不良散热而导致的过度升温、或推断出制造过程中的增长的恶化。如果另一方面电流预给定的划分实际上保持不变，其中为此可以按照电路、用途或目的而规定例如±5%的界限，则可以推断出制造过程的保持相同的质量。分析单元17可以通过简单的方式由微计算机或微处理机来实现，并且该分析单元17可以本身集成到变换器10中，可以实施为分开的控制电路板6 (参见图1)，或者被设置为单独的设备，该设备一般通过诊断接口连接在变换器10上，也就是如所示的那样具体地连接在PWM调整器13的信号输出端上，在该PWM调整器13处接收特定于相的占空比。在此，也可以将目视仪18分配给分析单元17，以便可以立即光学地示出电流划分中的可能的不对称。在图5的在调节技术上的等效电路图中具体说明了，电流测量装置14. 1，14. 2和14. 3存在于三个相I，II和III中，并且与对称化单元20、这里与三个调节器装置21. 1，21. 2和21. 3连接，每一个调节器装置用于三个相I，II和III中的每一个。调节器装置21. i (其中i=l，2，3)因此作为实际值获得由电流测量装置14. i所测量的电流值ii，并且作为额定值由求和和/或求平均值装置22向所述调节器装置21. i输送相应地求平均的电流值预给定。用于求和和/或求平均值的装置22以其输入端连接到电流测量装置14. i的输出端；该装置22还在输出侧与总电流调节器23连接，按照变换器10的方式和目的，还给该总电流调节器23分配额定值预给定24。在此，所述额定值例如在汽车电子装置的情况下通过CAN总线输送给总电流调节器23。各个单元20，22和23可以通过本来常规的计算机或调节器元件来实现。
对称化单元20或更准确地其相调节器装置21. i输出用于PWM开关装置12. i的调整信号。但是，相调节器装置21. i的调整信号与总电流调节器23的相电流调整信号进行逻辑加法运算，如由加法或求和元件25. I, 25. 2和25. 3在图5中示意性地表明的那样。用于计算各自的PWM占空比的装置26. 1，26. 2和26. 3连接到所述加法或求和元件25. I, 25. 2和25. 3上，开关装置12. I，12. 2和12. 3又与这些PWM占空比装置26. 1,26. 2和26. 3连接。最后在图5中还说明了借助于分析单元17来采集对于开关装置12. i的占空比调難
iF. O以上尤其是以变换器类型为例详细阐述了本方法，在这些变换器类型中对电流进行调整或调节，使得在本方法的框架内得出电流预给定的相应划分。如已经在开始时阐述的那样，这样的变换器可以是电流变换器或者也可以是间接地通过电压来调节电流的并联的电压变换器。但是根据本发明的技术当然也可以应用于为了达到更高的变压比而串联的电压变换器中。在该变换器类型中，电流显然总是相等的，并且对称的负载划分通过输出电压的对称化来达到。在该情况下，如对于专业人员变得清楚的那样，替代于以上所述的和在附图中所示出的电流测量装置应设置相应的电压测量装置，以便因此进行所希望的电压划分(作为负载划分)。权利要求
1.用于对多相变换器(10)进行相诊断以便检测各个变换器相(I，II，III)中的可能缺陷的方法，其中按照对于各个变换器相的对称负载分布来进行调节，其特征在于，在变换器(10)的运行中在至少两个不同的时刻在不同的温度下，以任意的顺序采集变换器的各个相(I，II，III)的负载预给定的划分。
2.按照权利要求I的方法，其特征在于，首先在冷的变换器(10)的情况下在室温下并且然后在预先给定的运行持续时间之后在变换器(10)升温之后采集负载预给定的划分。
3.按照权利要求I或2的方法，其特征在于，在每一个变换器相(I，II，III)中，借助电流测量装置(14. 1,14. 2,14. 3,15. 1,15. 2,15. 3)测量各自的相电流(I1, i2，i3)。
4.按照权利要求I至3之一的方法，其特征在于，在每一个变换器相(I，II，III)中，借助PWM装置(13，12. 1，12. 2，12. 3)通过相应的占空比来调整各自的相电流。
5.按照权利要求3和4的方法，其特征在于，分析各个相(I，II，III)的PWM装置(13，12.1，12. 2，12. 3)的占空比以用于采集各个变换器相的电流预给定的划分。
6.按照权利要求3至5之一的方法，其特征在于，设置连接到电流测量装置(14.1，14.2，14. 3)的用于求和和/或求平均值的装置(22)，在具有用于变换器(10)的每一个相的调节器装置(21. 1,21. 2，21. 3)的对称化单元(20)中使相电流对称化时使用所述装置(22)的输出信号作为额定值预给定，其中将各自的所测量的相电流作为实际值输送给对称化单元的相调节器装置，并且其中相调节器装置输出用于相电流的调整信号。
7.按照权利要求6的方法，其特征在于，此外将用于求和和/或求平均值的装置(22)的输出信号作为实际值输送给总电流调节器(23)，该总电流调节器(23)根据额定值预给定推导出与相调节器装置的各个调整信号相组合的相电流调整信号。
8.按照权利要求I或2的方法，其特征在于，采集变换器的各个相(I，II，III)的电压预给定的划分。
9.按照权利要求1，2或8的方法，其特征在于，在每一个变换器相(I，II，III)中，借助PWM装置(13，12. 1,12. 2，12. 3)通过相应的占空比来调整各自的相电压。
全文摘要
公开一种用于对多相变换器(10)进行相诊断以便检测各个变换器相(I，II，III)中的可能缺陷的方法，其中按照对于各个变换器相的对称负载分布来进行调节；在变换器(10)的运行中在至少两个不同的时刻在不同的温度下，以任意的顺序采集变换器的各个相(I，II，III)的负载预给定的划分。
文档编号H02M3/158GK102763314SQ201180010033
公开日2012年10月31日 申请日期2011年2月14日 优先权日2010年2月17日
发明者G.富克斯 申请人:欧陆汽车有限责任公司