用于运行电路装置的方法与流程

本发明涉及一种用于运行电路装置的方法以及用于执行该方法的一种计算单元和一种计算机程序。

背景技术：

BLDC电机（也称为无刷直流电机）具有特别简单的结构。与常规的电动机不同，BLDC电机不具有机械换向器。

用于运行BLDC电机的旋转磁场可以借助逆变器来产生，对此，该逆变器的半导体开关元件可以以不同方式控制。该控制例如可以借助脉宽调制（PWM）、以块运行、借助空间矢量调制、三角形-矩形调制、三角形-正弦调制或平顶调制来实现。

根据DE 10 2012 210 658 A1，借助空间矢量调制可以通过被构造为逆变器的电路装置提供旋转磁场。逆变器针对每个相具有控制级，该控制级分别具有高侧开关和低侧开关。根据BLDC电机的具有永磁体的转子的角位置，交替地控制控制级的高侧和低侧开关，以便提供旋转磁场。

可以用来运行BLDC电机的功率依赖于逆变器的损耗功率。该损耗功率引起逆变器的加热，该加热限制BLDC电机的最大功率。

因此存在提高能够由这样的电路装置来提供的功率的需求。

技术实现要素：

根据本发明提出具有独立专利权利要求的特征的一种用于运行电路装置的方法以及用于执行该方法的一种计算单元和一种计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求以及随后的说明书的主题。

具有用于至少三个相的至少三个控制级的电路装置例如被用于三相BLDC电机。控制级中的每个具有高侧开关和低侧开关，其中所述高侧开关和低侧开关中的每个能够被置于导电状态和不导电状态。于是在第一步骤中确定影响高侧开关和/或低侧开关的温度的参量。在进一步的步骤中，根据确定的参量按组地选择高侧开关或低侧开关。在进一步的步骤中，在空转相中控制所选择的高侧开关或低侧开关，使得所选择的高侧开关或低侧开关在空转相期间形成空转。

在此，高侧开关或低侧开关的按组的选择被理解成，或者选择所有高侧开关或者选择所有低侧开关并且所有选择的开关加载相同的控制信号。因此在空转相期间，或者仅仅高侧开关或者仅仅低侧开关根据其温度被负载并且因此加热。因此，该电路装置在在空转相期间更缓慢地加热，使得更多的能量能够输送给所控制的组件、例如BLDC电机。此外，在所控制的组件的保持不变的功率的情况下，可以更小地设计电路装置，这降低电路装置的结构空间需求和电路装置的成本。

根据一种实施方式，在空转相期间，形成空转的所选择的高侧开关或低侧开关处于导通状态并且其他高侧开关或低侧开关处于不导通状态。因此在空转相期间仅仅所选择的高侧开关或低侧开关被负载并且因此加热。这特别是能够实现更强地冷却一组开关并且将这组开关优选地用于空转。因此，通过改进的放热、例如通过冷却体或更大的冷却体可以将更多能量输送给所控制的组件的所选择的开关，而其他开关不需要这样的改进的放热。

根据另一种实施方式，在影响高侧开关和/或低侧开关的温度的参量中确定损耗功率、电流、电流高度、电流持续时间和/或温度本身。因此直接检测加热。这简化了温度测量值分析。

根据另一个实施方式，在按组选择中，所述参量与温度极限值进行比较并且基于温度极限值的超出来选择未超出温度极限值的高侧开关或低侧开关。因此以简单的方式保证，刚刚选择的高侧开关或低侧开关在空转相期间不过热并且不损坏。

根据另一种实施方式，确定高侧开关或低侧开关的参量并且选择具有更小参量的高侧开关或低侧开关。通过参量分布的确定，在选择时可以考虑高侧开关或低侧开关的不同的热负载极限和/或不同良好的冷却连接。因此可以最优地充分利用高侧开关和低侧开关的各个负载极限，以便最大化所控制的组件的最大功率。

根据另一种实施方式，使用半导体部件、特别是IC，在该半导体部件上布置有高侧开关和低侧开关，其中高侧开关布置在半导体部件的中间区段中并且低侧开关布置在半导体部件的边缘区段中。通过在半导体部件上的这种布置，高侧开关比低侧开关具有更好的与半导体部件的冷却连接。在此，半导体部件可以构建在具有高侧开关和低侧开关的半导体衬底上，或者半导体部件具有载体，在该载体上安置有多个构成高侧开关和低侧开关的半导体。通过本发明可以优化这样的桥IC中的放热。桥IC通常具有p沟道晶体管作为高侧开关并且具有n沟道晶体管作为低侧开关。在相同的功率特性的情况下，p沟道晶体管比n沟道晶体管需要更大的面积。此外，高侧开关通常居中布置在IC中并且低侧开关布置在边缘处。由于更大的面积和居中的定位，高侧开关能够更好地放热。由此，桥受到低侧开关的较差的冷却连接限制，尽管高侧开关还可能附加地处理功率。

本发明特别适合于用在车辆中，因为在那里恶劣的环境条件以局部关键的冷却特性占支配地位。优选的应用例如是控制启停系统、电气涡轮增压机和起动机、转向系统和传动机构以及空调压缩机和风扇中的电机。

根据本发明的计算单元、例如机动车的控制设备特别是在程序技术上被设立用于执行根据本发明的方法。

该方法以软件形式的实现也是有利的，因为这导致特别少的成本，特别是当进行实施的控制设备还被用于其他任务并且因此本来就存在时。用于提供计算机程序的合适的数据载体特别是软盘、硬盘、闪存、EEPROM、CD-ROM、DVD等等。程序也可以通过计算机网（互联网、内联网等）下载。

本发明的其他优点和设计方案从说明书和附图中得出。

易于理解的是，前面提及的和后面还要解释的特征不仅可以以分别说明的组合使用，而且可以以其他组合或单独地使用，而不脱离本发明的范围。

附图说明

本发明借助实施例在附图中示意性示出并且随后参照附图来详细描述。

图1示出用于控制具有三个相的三相BLDC电机的电路装置。

图2示出用于控制三相BLDC电机的在半导体部件上的高侧开关和低侧开关的布置。

图3示出根据常规的三角形-正弦调制的控制信号、占空比和三个相的电流的时间变化曲线。

图4示出根据本发明的一种优选的实施方式的控制信号、占空比和三个相的电流的时间变化曲线。

具体实施方式

图1示出用于控制BLDC电机4作为所控制的组件的电路装置2，其中该电路装置2由直流电压源6馈电。

BLDC电机4在本实施例中具有带有一个或多个永磁体的转子和带有三个定子绕组的定子，所述三个定子绕组被分配给三个相u、v、w。为了给每个定子绕组加载，电路装置2具有各一个、即总共三个控制级8a、8b、8c。

因此电路装置2在本实施例中被构造为B6桥逆变器。用于控制机动车中的BLDC电机4的B6桥逆变器的优选的应用例如是启停系统、电气涡轮增压机和起动机、转向系统和传动机构以及空调压缩机和风扇。

三个控制级8a、8b、8c中的每个分别具有一个高侧开关10a、10b、10c和一个低侧开关12a、12b、12c。此外，给每个高侧开关10a、10b、10c和低侧开关12a、12b、12c分别分配一个空转二极管22a、22b、22c、24a、24b、24c。在本实施例中，高侧开关10a、10b、10c是p沟道半导体开关元件、诸如p沟道晶体管，并且低侧开关12a、12b、12c是n沟道半导体开关元件、诸如n沟道晶体管。代替晶体管，也可以使用p或n沟道功率MOSFET或晶闸管、诸如GTO。

通过控制线路，每个高侧开关10a、10b、10c并且每个低侧开关12a、12b、12c与电路装置2的控制设备14连接，以便将高侧开关10a、10b、10c和低侧开关12a、12b、12c置于导电状态和不导电状态。对此，如之后还要解释的那样由控制设备14产生脉宽调制的控制信号，所述控制信号引起高侧开关10a、10b、10c和低侧开关12a、12b、12c从导电状态变换到不导电状态以及相反的变换。控制设备14可以是计算单元、例如机动车的控制设备的部分。控制设备14可以具有硬件组件和/或软件组件。

图2示出高侧开关10a、10b、10c和低侧开关12a、12b、12c在电路装置2的半导体部件16（集成电路，IC）上的优选的布置。

半导体部件16可以构建在具有高侧开关10a、10b、10c和低侧开关12a、12b、12c的半导体衬底上，或者半导体部件16具有载体，在该载体上安置有多个构成高侧开关10a、10b、10c和低侧开关12a、12b、12c的半导体。

根据图2可见，高侧开关10a、10b、10c布置在半导体部件16的中间区段18中并且低侧开关12a、12b、12c布置在半导体部件16的边缘区段20中。通过在半导体部件16上的这种布置，高侧开关10a、10b、10c比低侧开关12a、12b、12c具有更好的与半导体部件16的冷却连接。

此外，被构造为p沟道半导体开关元件的高侧开关10a、10b、10c比构造为n沟道半导体开关元件的低侧开关12a、12b、12c具有更大的面积。因此再次改进高侧开关10a、10b、10c的放热。

现在附加地参考图3和4来解释用于运行电路装置2的方法。在图3和4中分别在上面示出用于每个控制级8a、8b、8c的三个脉宽调制的控制信号PWM1、PWM2、PWM3，其下示出所属的占空比T1、T2和T3，并且其下示出流到三个相u、v、w中的电流i_u、i_v、i_w。

在运行中，控制设备14产生用于每个控制级8a、8b、8c的脉宽调制的控制信号PWM1、PWM2、PWM3，以便相电流i_u、i_v、i_w在BLDC电机4中形成用于驱动电机的所期望的频率的旋转磁场。例如根据三角形-正弦调制进行控制（图3）。原则上，可以根据任意控制模式（例如空间矢量、三角形基波等）进行控制，只要其中可以识别以下三个控制相。

相1：所有控制级8a、8b、8c具有激活的低侧开关（空转）

相2：并非所有控制级8a、8b、8c具有相同的开关位置

相3：所有控制级8a、8b、8c具有激活的高侧开关（空转）

在相1和相3中，没有新的能量馈送到电机中。电机中的能量由于空转在所有开关上耗散。两个相在功能上是相同的，由此可以省去两个相之一。省去的相通过其他相来代替。在此重要的是，相2（不同的开关位置）在其时间进程中不变地保持。

图4中的通过相3代替相1并且反之导致根据图4的开关模式，该开关模式具有平顶部分。对此，在第一步骤中确定高侧开关10a、10b、10c和/或低侧开关12a、12b、12c的温度和/或损耗功率作为影响高侧开关10a、10b、10c和/或低侧开关12a、12b、12c的温度的参量。对此，例如可以测量并且分析高侧开关10a、10b、10c和/或低侧开关12a、12b、12c的温度。替代地，可以测量并且分析高侧开关10a、10b、10c和/或低侧开关12a、12b、12c的电参量。电参量可以是流经高侧开关10a、10b、10c和/或低侧开关12a、12b、12c的电流、施加在高侧开关10a、10b、10c和/或低侧开关12a、12b、12c上的电压、或者高侧开关10a、10b、10c和/或低侧开关12a、12b、12c处于导电状态下的持续时间。持续时间例如可以通过分析控制信号PWM1、PWM2、PWM3的占空比来确定。

在第二步骤中，按组地选择高侧开关10a、10b、10c或低侧开关12a、12b、12c。为了按组地选择高侧开关10a、10b、10c或低侧开关12a、12b、12c，将确定的温度与温度极限值进行比较。根据极限值的超出，选择未超出极限值的高侧开关10a、10b、10c或低侧开关12a、12b、12c。替代地或附加地可以规定，选择具有更小的温度的高侧开关10a、10b、10c或低侧开关12a、12b、12c。在本实施例中，高侧开关10a、10b、10c被按组地选择并且如还要解释的那样被加载相同的控制信号。

在进一步的步骤中，在空转相期间，高侧开关10a、10b、10c和低侧开关12a、12b、12c由控制设备14通过提供脉宽调制的控制信号PWM1、PWM2、PWM3来控制，使得例如所有高侧开关10a、10b、10c处于导通状态并且所有低侧开关12a、12b、12c处于不导通状态并且因此所有高侧开关10a、10b、10c形成用于耗散定子绕组中所存储的电能或磁能的空转。

在进一步的步骤中，在功率馈送相期间，高侧开关10a、10b、10c和低侧开关12a、12b、12c由控制设备14通过提供脉宽调制的控制信号PWM1、PWM2、PWM3来控制，使得并非所有高侧开关10a、10b、10c或并非所有低侧开关12a、12b、12c具有相同的状态。

在进一步的步骤中，在两个功率馈送相之间的随后的空转相期间，高侧开关10a、10b、10c和低侧开关12a、12b、12c由控制设备14通过提供脉宽调制的控制信号PWM1、PWM2、PWM3来控制，使得例如重新地，所有高侧开关10a、10b、10c处于导通状态并且所有低侧开关12a、12b、12c处于不导通状态并且因此所有高侧开关10a、10b、10c又形成空转。

因此在空转相期间，仅仅高侧开关10a、10b、10c被负载并且因此加热，所述高侧开关10a、10b、10c相较于低侧开关12a、12b、12c具有更好的冷却连接。因此电路装置2通过在空转相期间所描述的运行而更缓慢地加热，使得能够给BLDC电机4输送更多的能量。此外，在BLDC电机4的保持不变的电机功率的情况下，可以更小地设计电路装置2，这降低了电路装置的结构空间需求和电路装置2的成本。

如果由于高侧开关10a、10b、10c的负载而所述高侧开关10a、10b、10c过强地加热并且这通过确定高侧开关10a、10b、10c和/或低侧开关12a、12b、12c的温度而被确定，则控制设备14现在可以通过提供脉宽调制的控制信号PWM1、PWM2、PWM3在进一步的空转相中控制低侧开关12a、12b、12c，使得现在低侧开关12a、12b、12c在该进一步的空转相期间处于导通状态。

因此在该进一步的空转相期间实现从高侧开关10a、10b、10c到低侧开关12a、12b、12c的负载变换。

因此电路装置2通过具有所述空转相的所描述的运行还更缓慢地加热，使得能够给BLDC电机4输送还更多的能量，或者在BLDC电机4的保持不变的电机功率的情况下，可以还更小地设计电路装置2。