一种用于控制半导体开关的方法和开关装置的制造方法_3

文档序号:8399461阅读:来源:国知局
PH2_ON过渡到关断的第二阶段ST_PH2_OFF。
[0045]如果当前测量的输入端子电压低于参考输入电压并且所确定的第二持续时间不超过预设的第二最大持续时间,那么进行在图1中示意地示出的从半导体开关接通的第二阶段ST_PH2_ON到接通的第三阶段ST_PH3_ON的过渡5。
[0046]在半导体开关的接通的第三阶段ST_PH3_ON中,用预设的第二控制电压来控制第二驱动开关并且结束第二时间测量。在此,在接通的第三阶段ST_PH3_ON中,将输入端子电压重复测量、滤波并且与参考输入电压进行比较。如果重复测量的滤波的输入端子电压超过参考输入电压,那么关断第二驱动开关并且用预设的第五控制电流来控制第一驱动开关,如这在图1中示意地用到故障状态ST_UCE_FAIL中的过渡6来示出。
[0047]在此,在预设的第五持续时间内,第一驱动开关用预设的第五控制电流来控制。在达到预设的第五持续时间之后,将控制端子电压重复测量并且与参考控制电压进行比较。
[0048]如果重复测量的控制端子电压在达到预设的第五持续时间之后没有低于参考控制电压,那么识别故障状态ST_ERR_OFF,如这在图1中示意地用过渡7来示出,并且将控制端子经由电阻与负供应电压端子耦合或电连接。因此,激活冗余的安全开关,该安全开关应迫使控制端子经由独立的路径放电。因此,忽略脉宽调制的控制信号的随后的接通脉冲,以便在没有破坏半导体开关的情况下提高控制端子的放电的概率。如果随后识别到控制信号中的信号沿的直接在之前存在的第二类型,那么用预设的第一控制电压来控制第一驱动开关,如这在图1中示意地用过渡8来示出。因此,进行至半导体开关的关断的第三阶段ST_PH3_OFF的过渡。
[0049]相反地,如果重复测量的控制端子电压没有超过参考控制电压,那么识别到故障状态ST_PH3_ERR,如这在图1中示意地用过渡9来示出。如果在该故障状态中还识别到控制信号中的信号沿的直接在之前存在的第二类型,那么用预设的第一控制电压来控制第一驱动开关,如这在图1中示意地用过渡10来示出。因此,在该情况下,进行从半导体开关的故障状态ST_PH3_ERR到关断的第三阶段ST_PH3_OFF的过渡。
[0050]此外,在接通的第三阶段ST_PH3_ON中,第一时间测量在以下情况下持续,即当前测量的控制端子电压又低于参考控制电压。在此,如果所确定的第一持续时间超过预设的第一最大持续时间,那么关断第二驱动开关并且用预设的第二控制电流来控制第一驱动开关,如这在图1中示意地用过渡11来示出。因此,进行从半导体开关的接通的第三阶段ST_PH3_ON至关断的第二阶段ST_PH2_OFF的过渡。
[0051]在方法的所示出的实施方式中,在识别到控制信号中的信号沿的直接在之前存在的第二类型时,进行在图1中示意地示出的从半导体开关的接通的第三阶段ST_PH3_0N到关断的第一阶段ST_PH1_0FF的过渡12。在半导体开关的关断的第一阶段ST_PH1_0FF中,用预设的第一控制电流来控制第一驱动开关并且在关断的第一阶段ST_PH1_0FF开始时开始第三时间测量以用于确定第三持续时间。
[0052]第三时间测量一直继续,只要当前测量的控制端子电压不低于参考控制电压。如果所确定的第三持续时间超过预设的第三最大持续时间并且当前测量的输入端子电压不超过参考输入电压,那么又识别到故障状态ST_ERR_OFF,如这在图1中示意地用过渡13来示出,并且将控制端子经由电阻与负供应电压端子耦合。因此,忽略脉宽调制的控制信号的随后的接通脉冲,以便在没有破坏半导体开关的情况下提高控制端子的放电的概率。如果随后识别到控制信号中的信号沿的直接在之前存在的第二类型,那么用预设的第一控制电压来控制第一驱动开关,如这在图1中示意地用过渡14来示出。因此,在该情况下,进行至半导体开关的关断的第三阶段ST_PH3_OFF的过渡。
[0053]在参考输入电压由当前测量的输入端子电压超过时,进行在图1中示意地示出的从半导体开关的关断的第一阶段ST_PH1_0FF到关断的第二阶段ST_PH2_OFF的过渡15。在半导体开关的关断的第二阶段ST_PH2_OFF中,在此,用预设的第二控制电流来控制第一驱动开关并且在半导体开关关断的第二阶段开始时开始第四时间测量以用于确定第四持续时间。
[0054]第四时间测量一直继续,只要当前测量的控制端子电压不低于参考控制电压。如果当前测量的控制端子电压不低于参考控制电压并且所确定的第四持续时间超过预设的第四最大持续时间或者如果所确定的第三持续时间超过预设的第三最大持续时间并且当前测量的输入端子电压超过参考输入电压,那么又识别到故障状态ST_ERR_OFF,如这在图1中示意地用过渡16来示出,并且将控制端子经由电阻与负供应电压端子耦合。因此,忽略脉宽调制的控制信号的随后的接通脉冲,以便在没有破坏半导体开关的情况下提高控制端子的放电的概率。如果随后识别到控制信号中的信号沿的直接在之前存在的第二类型,那么用预设的第一控制电压来控制第一驱动开关,如这在图1中示意地用过渡14来示出。因此,在该情况下,进行至半导体开关的关断的第三阶段ST_PH3_OFF的过渡。
[0055]相反地,如果当前测量的控制端子电压低于参考控制电压并且在此所确定的第三持续时间没有超过预设的第三最大持续时间以及所确定的第四持续时间没有超过预设的第四最大持续时间,那么进行在图1中示意地示出的从半导体开关的关断的第二阶段ST_PH2_OFF至关断的第三阶段ST_PH3_OFF的过渡17。在半导体开关的关断的第三阶段ST_PH3_OFF中,在此用预设的第一控制电压来控制第一驱动开关。
[0056]在方法的所示出的实施方式中,在识别到控制信号中的信号沿的直接在之前存在的第二类型时,进行在图1中示意地示出的从半导体开关的关断的第三阶段ST_PH3_OFF到接通的第一阶段ST_PH1_0N的过渡18。
[0057]因此,在所示出的实施方式中,预设的、无故障的开关过程分别通过三个充电和放电阶段形成。在此,状态过渡在正常运行中仅通过脉宽调制的控制信号的开关沿以及比较单元的例如以栅极和集电极比较器信号的形式的信号来触发,如在下面进一步阐述的那样。为了实现高的故障鲁棒性,在所示出的实施方式中定义复杂的监控和故障反应机制,所述监控和故障反应机制根据故障情况干涉直接的开关路径或者经由附加的安全路径要求切断半导体开关。
[0058]借助于可配置的计时器,在时间上监控开关阶段。在超过相应的计时器阈值时,与当前的开关状态相关地导入半导体开关的控制的切断。如果所述同样时间上监控的切断不是主要目标,那么激活冗余的安全开关,所述安全开关应迫使控制端子经由独立的路径放电。
[0059]因此,所示出的方法能够实现更高的故障鲁棒性和可靠性。对开关行为的监控以及故障处理通过减少半导体开关的失效概率来提高系统的可靠性。此外,能够满足尤其在车辆应用中对于安全重要的电系统或电子系统的安全性要求。此外,提供扩展的诊断可能性。在此,关于检测到的故障的原因的详细的信息简化故障消除以及故障鲁棒的系统的发展。
[0060]在所示出的实施方式中,半导体开关如已经阐述的那样是η沟道IGBT或η沟道MOSFETo然而,该方法能够以类似的方式用于P沟道IGBT或ρ沟道M0SFET,其中尤其相应地调整参考控制电压的值。
[0061]图2根据一个实施方式以示意图示出用于驱动在图2中没有详细示出的具有电机EM和变流器SR的电动或混合动力车辆的驱动设备AV。
[0062]电机EM与车辆的在图2中没有详细示出的驱动轴机械耦合以用于传递转矩并且用于推动车辆。
[0063]变流器SR用于为电机EM提供相电流Ip并且具有三重半桥电路DHS,所述三重半桥电路分别具有高压侧(英语为“High-Side”)的和低压侧的(英语为“Low-Side”)的半导体开关HSl和HS2、HS3和HS4或者HS5和HS6的串联电路。这六个半导体开关HSl至HS6中的每个半导体开关分别具有输入电流端子EHS、输出电流端子AHS和在输入电流端子EHS和输出电流端子AHS之间的负载段,以用于将负载电流从输入电流端子EHS传输至输出电流端子AHS并且随后作为相电流Ip传输至电机EM。此外,半导体开关HSl至HS6分别具有控制端子SHS,经由所述控制端子来控制相应的半导体开关HSl至HS6,以便在相应的半导体开关的接通状态下能够实现负载电流流经负载段或者在相应的半导体开关的关断状态下阻止负载电流流经负载段。半导
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