本发明涉及一种用于识别电开关单元、特别是车辆中的电开关单元的正确操作的方法。本发明还涉及用于执行这种方法的计算机程序产品,以及具有用于执行这种方法的控制装置的全桥电路。
背景技术:
全桥电路常见地被布置在电开关单元中,并且除了其它方面之外,还被用于操作诸如马达或电磁阀的电感负载。
为了确保电开关单元没有遭受可能潜在地损坏电开关单元的部件的故障或者短路,有必要检查电开关单元的正确操作。
然而,已经示出的是,检查电开关单元的正确操作并不总是以所需的可靠性来执行。因此,可能发生的是,在电开关单元中发生的故障或短路因此没有被检测到。
技术实现要素:
因此,本发明的目的是提供一种方法、计算机程序产品和全桥电路,通过该方法、计算机程序产品和全桥电路可以更可靠地识别电开关单元的正确操作。
借助于根据独立权利要求的方法、计算机程序产品和全桥电路实现了该目的。在从属权利要求中规定了本发明的优选和有利的实施例。
根据本发明的第一方面,提供了一种用于识别电开关单元的正确操作的方法,所述电开关单元具有全桥电路以及借助于全桥电路操作的电感负载。全桥电路包括用于向电感负载供应第一供电电压电势的第一半导体开关元件和用于向电感负载供应第二供电电压电势的第二半导体开关元件,所述第二供电电压电势与所述第一供电电压电势相比具有更小的值。此外,第一半导体开关元件和第二半导体开关元件每个都具有二极管,所述二极管可以以衬底二极管的形式提供或作为单独的部件来提供。根据本发明的方法包括如下步骤:确定第一半导体开关元件从激活状态改变为停用状态;测量施加给第二半导体开关元件的电压;将所测量的电压与预定的第一阈值进行比较;以及如果第二半导体开关元件上的所测量的电压下降至比第二供电电压电势低预定的第一阈值,则识别电开关单元正在正确地操作。
本发明基于如下思想:在第一半导体开关元件的激活状态期间,不监测电开关单元的正确操作,但是在第二半导体开关元件的停用阶段期间,特别是在第二半导体开关元件的无源续流阶段期间,监测电开关单元的正确操作。这具有如下优点:即使第一半导体开关元件的激活状态或第一半导体开关元件的安全直通连接阶段是比较短的,从而使直通连接阶段的可靠检测复杂化,也可以可靠地执行对正确操作的监测。
根据依照本发明的方法的特别有利的设计,识别电开关单元的正确操作的步骤还包括如下步骤:确定第一半导体开关元件从激活状态改变为停用状态时所处的第一时间;确定第二半导体开关元件上的所测量的电压下降至比第二供电电压电势低第一阈值时所处的第二时间;以及如果第二时间发生在第一时间之后的预定持续时间内,则识别电开关单元的正确操作。通过确定第一时间和第二时间,可以简单且可靠地识别电开关单元的正确操作。上面提到的预定持续时间可以基于经验值或模型值,并且通常以可靠地识别电开关单元的正确操作的这样的方式来选择。
根据另外的优选实施例,只有当第二半导体开关元件上的所测量的电压下降至在预定的第一最小持续时间内比第二供电电压电势低第一阈值时,才识别电开关单元的正确操作。所测量的电压必须在预定的第一最小持续时间内比第二供电电压电势低第一阈值然后识别电开关单元的正确操作的事实确保了所测量的电压的微小波动不会立即被识别为故障或没有正确操作。这增加了所述方法的鲁棒性。第一最小持续时间可以基于经验值或模型值,并且被调整为适合相应的应用。
根据另外的优选配置,所述方法还包括如下步骤:如果或一旦已经识别了电开关单元的正确操作,则允许第一半导体开关元件的重新激活。这确保了在正确操作的开关单元的情况下,电感负载可以借助于全桥电路继续正确地操作。然而,如果在电控制单元中发生故障,即该方法不能识别电开关单元的正确操作,则第一半导体开关元件的重新激活将不被允许(事实上,被防止)。这确保了在开关单元不起作用的事件中,在尽可能早的阶段防止对电感负载或电开关单元的其他部件的损坏。
根据本发明的第二方面,提供了一种用于识别电开关单元的正确操作的方法,所述电开关单元具有全桥电路以及借助于全桥电路操作的电感负载。全桥电路包括用于向电感负载供应第一供电电压电势的第一半导体开关元件和用于向电感负载供应第二供电电压电势的第二半导体开关元件,所述第二供电电压电势与所述第一供电电压电势相比具有更小的值。此外,第一半导体开关元件和第二半导体开关元件每个都具有二极管,所述二极管可以以衬底二极管的形式提供或者作为单独的部件来提供。根据本发明的方法包括如下步骤:确定第二半导体开关元件从激活状态改变为停用状态;测量施加给第一半导体开关元件的电压;将所测量的电压与预定的第二阈值进行比较;以及如果第一半导体开关元件上的所测量的电压下降至比第一供电电压电势低预定的第二阈值,则识别电开关单元正在正确地操作。
借助于根据本发明的方法的第二方面,如由于根据本发明的方法的第一方面所致的情况,基于相应半导体开关元件的无源续流阶段而不是基于其直通连接阶段来识别电开关单元的正确操作。根据第一方面的方法涉及第一半导体开关元件从激活状态改变为停用状态的情况,其中然后基于第二半导体开关元件的无源续流阶段来检查电开关单元的正确操作。另一方面,根据第二方面的方法涉及相反的情况,由此第二半导体开关元件从激活状态改变为停用状态,并且基于第一半导体开关元件的无源续流阶段来识别电开关单元的正确操作。以与根据第一方面的方法相同的方式,根据第二方面的方法也具有如下优点:在第二半导体开关元件的直通连接阶段比较短的情况下,仍然可以可靠地识别电控制单元的正确操作。
根据依照第二方面的方法的特别优选的配置,识别电开关单元的正确操作的步骤还具有如下步骤:确定第二半导体开关元件从激活状态改变为停用状态时所处的第一时间;确定第一半导体开关元件上的所测量的电压下降至比第一供电电压电势低第二阈值时所处的第二时间;以及如果第二时间发生在第一时间之后的预定持续时间之内,则识别电开关单元的正确操作。还是在该配置中,确定第一时间和第二时间还提供了一种手段,利用该手段可以简单且可靠地识别电开关单元的正确操作。所述预定持续时间也可以基于经验值或模型值。
根据依照第二方面的方法的另外的优选实施例,只有在第一半导体开关元件上的所测量的电压下降至在预定的第二最小持续时间内比第一供电电压电势低第二阈值的情况下,才识别电开关单元的正确操作。所测量的电压必须在预定的第二最小持续时间内超出第一供电电压电势第二阈值然后识别电开关单元的正确操作的事实确保了所测量的电压的微小波动不会立即被识别为故障或没有正确操作。如在根据第一方面的方法中,作为结果,所述方法的鲁棒性增加。进而,第二最小持续时间可以基于经验值或模型值,并且适于相应的应用。第二最小持续时间可以与第一最小持续时间相同或不同。
根据另外的优选配置,所述方法还包括如下步骤:如果或者一旦已经识别了电开关单元的正确操作,则允许第二半导体开关元件的重新激活。这确保了在正确操作的开关单元的情况下,电感负载可以借助于全桥电路继续正确地操作。然而,如果在电控制单元中发生故障,即该方法不能识别电开关单元的正确操作,则第二半导体开关元件的重新激活将不被允许(事实上,被防止)。这确保了在开关单元不起作用的事件中,在尽可能早的阶段防止对电感负载或者电开关单元的其他部件的损坏。
根据本发明的第三方面,提供了一种计算机程序产品,所述计算机程序产品具有至少一个计算机可读存储器介质,其上存储有程序代码指令,并且所述程序代码指令可由计算机执行,其中可由计算机执行的程序代码指令被配置成执行根据第一方面和/或第二方面以及它们的实施例的方法。计算机可读存储器介质可以被设计为例如闪速存储器。
最后,根据本发明的第四方面,提供了一种用以操作电感负载的全桥电路。所述全桥电路包括用于向电感负载供应第一供电电压电势的第一半导体开关元件和用于向电感负载供应第二供电电压电势的第二半导体开关元件,所述第二供电电压电势与所述第一供电电压电势相比具有更低的值,并且第一半导体开关元件和第二半导体开关元件两者每个都具有呈衬底二极管或单独的部件形式的二极管。全桥电路还包括控制装置,所述控制装置被配置成执行根据第一方面和/或第二方面及其实施例的方法。
根据本发明的方法的有利实施例可以被认为是计算机程序产品和全桥电路的有利实施例。
附图说明
通过实践本教导并考虑随附附图,对于本领域技术人员而言,本发明的另外的特征和目的将变得显而易见。所述附图示出:
图1是具有电感负载和根据本发明的全桥电路的电开关单元,
图2是针对图1的全桥电路的第一半导体开关元件和第二半导体开关元件的开关序列的信号特性的示意图;
图3是施加给第二半导体开关元件的电压的电压特性的示意图;
图4是施加给第一半导体开关元件的电压的电压特性的示意图;
图5是根据本发明的方法的根据第一方面的实施例;
图6是根据本发明的方法的根据第一方面的另外的实施例;
图7是根据本发明的方法的根据第一方面的另外的实施例;
图8是根据本发明的方法的根据第二方面的实施例;
图9是根据本发明的方法的根据第二方面的另外的实施例,以及
图10是根据本发明的方法的根据第二方面的另外的实施例。
在所有附图中,相同设计或功能的元件利用相同的附图标记来标记。
具体实施方式
首先参考图1,其示出了具有全桥电路12和电感负载14的电开关单元10。全桥电路12具有第一半导体开关元件m1和第二半导体开关元件m2。全桥电路12还具有第一开关s1和第二开关s2,以及布置在桥支路之间的电感负载(由线圈l1和电阻器r1表示)。电感负载14可以是马达,并且特别是用于驱动诸如车辆的门或后挡板的打开元件的马达,或者例如可以是不同的电感负载,诸如电磁阀。
第一半导体开关元件m1被用于向电感负载14供应第一供电电压电势16,第二半导体开关元件m2被用于向电感负载14供应第二供电电压电势18,第二供电电压电势18与所述第一供电电压电势16相比具有更低的值。在图1的特定示例中,第一供电电压电势例如是供电电压vs,并且第二供电电压电势18例如是接地的(或者大地电势)gnd。
半导体开关元件m1、m2将输出电压out切换到供电电压vs抑或接地gnd。如本领域技术人员已知的那样,通过电感负载14的电流方向由开关s1、s2确定。在图1的特定示例中,由第二开关s2将电感负载14端接至地。
如在图1的特定示例中还示出的那样,第一半导体开关元件m1和第二半导体开关元件m2每个都被实施为金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet),进而,其每一者都具有衬底二极管d1或d2以及晶体管t1或t2。在其他实施例中,半导体开关元件m1、m2还可以被实施为双极晶体管,并且二极管d1、d2可以被实施为单独的部件。
电开关单元10还具有用于控制半导体开关元件m1、m2的控制装置20。控制装置20包括控制和评估单元22以及用于第一半导体开关元件m1的比较器comp-h和用于第二半导体开关元件m2的比较器comp-l。控制单元20控制半导体开关元件m1、m2,使得半导体开关元件m1、m2从不在同时处于激活状态中,或者从不同时导通。
现在参考图2,其示出了针对图1的全桥电路12的第一半导体开关元件m1和第二半导体开关元件m2的开关序列的信号特性的示意图。
具体地,图2示出了用于第一半导体开关元件m1的控制信号g1和用于第二半导体开关元件m2的控制信号g2。在时间间隔t_ccp期间,两个控制信号g1、g2被设置为low,这意味着在该时间期间,半导体开关元件m1、m2两者都被关断或处于停用状态。
如果电流现在已经流过电感负载14,则在其中两个半导体开关元件m1、m2被关断的阶段中,电流继续流过衬底二极管d1、d2。因为在该特定示例中,电感负载14被端接至地(第二开关s2处于闭合状态),所以在其中半导体开关元件m1、m2两者都被关断的阶段中,电流流过第二半导体开关元件m2的衬底二极管d2。在这个所谓的无源续流阶段,输出电压out因此下降至第二供电电压电势18以下,这也就是说,在所述特定情况下低于gnd。这在图2中由“驼峰”峰”24示意性地示出。
如果现在第一半导体开关元件m1从停用状态切换到激活状态(例如通过将控制信号g1切换到high),则输出电压out上升到值vs。然而,作为系统相关处理的结果,输出电压out不会立即从gnd改变为vs。相反,如本领域技术人员已知的那样,在输出电压out达到值vs以前需要一定的时间。直到输出电压out已经达到值vs为止,才有可能谈得上第一半导体开关元件m1的安全“直通连接”。第一半导体开关元件m1的安全直通连接阶段由箭头26示意性地标记。
如果现在第一半导体开关元件m1再次被控制信号g1关断从而切换至low,则在第二半导体开关元件m2处基本上发生了已经描述的无源续流(由“驼峰”27表示),使得输出电压out再次下降到gnd以下的值。
如果在第一半导体开关元件m1的停用状态下,第二半导体开关元件m2从停用状态切换成激活状态(例如,通过将控制信号g2切换到high),则输出电压out上升到值gnd。由于所描述的系统相关处理,在输出电压out达到值gnd以前也需要一定的时间。直到输出电压out已经达到值gnd为止,才再次有可能谈得上第二半导体开关元件m2的安全“直通连接”。第二半导体开关元件m2的安全直通连接阶段由箭头28示意性地标记。
如果然后将第二半导体开关元件m2关断(例如通过将控制信号g2切换到low),并且在该切换阶段中线圈l1仍然具有存储在磁场中的能量,则输出电压out再次下降到低于gnd的值。其结果是,甚至是在该切换阶段中,“驼峰”也会出现(由箭头30表示)。
为了确定电开关单元10的正确操作,在迄今为止的现有技术中已经使用了在安全直通连接阶段26、28期间跨半导体开关元件m1、m2的电压降。然而,已经示出的是,取决于特定的应用,并不总是可能正确地确定安全直通连接阶段26、28。特别地,如果半导体开关元件m1、m2的导通阶段例如由于电感负载14的脉宽调制控制而变得非常短,则安全直通连接阶段26、28会变得非常短,以至于基本上消失。如果在这种情况下将发生短路,则利用在迄今为止的现有技术中使用的方法将不可检测或者不可识别该短路。
现在参考图3,其示出了施加给第二半导体开关元件m2的电压40的电压特性的示意图。
如已经结合图2提到的那样,在其中第一半导体开关元件m1从激活状态切换成停用状态的情况下,施加给第二半导体开关元件m2的电压40下降至低于gnd的值。这由“驼峰”32至38示出。
然后,本发明的思想涉及不是基于第一半导体开关元件m1的直通连接阶段而是相反地基于“驼峰”32至38(这意味着基于第二半导体开关元件m2的无源续流)来识别电开关单元10的正确操作。
具体而言,正确操作可通过第二半导体开关元件m2上的所测量的电压40下降至比gnd值低预定的第一阈值42的事实来识别。只要所测量的电压40比gnd低第一阈值42,就可以假定电开关单元10是充分操作的。如果所测量的电压40没有下降至比gnd低第一阈值42,则将不再可能假定电开关单元的正确操作,并且将必须假定在电开关单元10中存在故障或短路。因为当第一半导体开关元件m1的安全直通连接阶段非常短或在某些情况下甚至“消失”时,也会发生无源续流(“驼峰”32至38),于是甚至是针对第一半导体开关元件m1的非常短的直通连接阶段,也可以可靠地识别电开关单元10的正确操作。
可以例如通过第一时间t1被识别的事实来识别电开关单元10的正确操作,在第一时间t1处,第一半导体开关元件m1从激活状态改变成停用状态。此外,可以确定第二时间t2,在第二时间t2处,所测量的电压40比gnd低第一阈值42。如果第二时间发生在第一时间之后的预定持续时间δt内,则可以假定电开关单元10正在正确地操作。预定持续时间δt或在第一时间t1和第二时间t2之间的时间间隔可以例如根据经验值或模型值估计。
为了使所述方法更加鲁棒,还可以引入第一最小时段44,所测量的电压40必须在该第一最小时段44内保持比gnd低第一阈值42,然后假定电开关单元10的正确操作。第一最小持续时间44允许甚至所测量的电压40的微小波动也不会立即被评估为电开关单元10中的故障。第一最小持续时间44也可以基于经验值或模型值。
如在图3中还示出的那样,在第一半导体开关元件m1的随后的开关循环期间或在第一半导体开关元件m1的重复停用之后,再次发生第二半导体开关元件m2的无源续流。即使在该无源续流阶段中,电开关单元10也正确地操作,第二半导体开关元件m2上的所测量的电压40然后再次下降至比gnd低第一阈值42的值。因此,可以确定第三时间t3,在第三时间t3处,在接下来的开关循环中或在第一半导体开关元件m1的随后的重复停用之后,所测量的电压40下降至比gnd低第一阈值42。如果现在第三时间t3在第二时间t2之后的预定持续时间δt2内发生,则可以假定电开关单元10正在正确地操作。当借助于脉宽调制信号激活电感负载14时,检测电开关单元10的正确操作的这种变型是特别有利的。在这种情况下,预定持续时间δt2然后可以被选择为脉宽调制信号的周期的持续时间的函数。如果第三时间t3没有在第二时间t2之后的取决于周期持续时间的时间间隔(例如,周期持续时间*110%)内发生,则可以假定电开关单元10不再正确地起作用,并且相反,在电开关单元10中已经发生了故障或短路。
可以借助于触发信号来提供时间t1、时间t2和时间t3,使得计算持续时间δt1和δt2需要很少的计算工作。
现在参考图4,其示出了施加给第一半导体开关元件m1的电压46的电压特性的示意图。
如可以看到的那样,在第二半导体开关元件m2从激活状态改变成停用状态的情况下,施加给第一半导体开关元件m1的电压46上升到高于vs的值。同样,这由“驼峰”48至54示出。
然后,本发明的思想是,甚至在这种情况下,也并不基于第二半导体开关元件m2的安全直通连接阶段来识别电开关单元10的正确操作,而是基于“驼峰”48至54,这也就是说,基于第一半导体开关元件m1的无源续流。
具体而言,可以通过第一半导体开关元件m1上的所测量的电压46、超出vs值预定的第二阈值56的事实来识别正确的操作。只要所测量的电压46比vs高第二阈值56,就可以假定电开关单元10是充分操作的。如果所测量的电压46没有比vs高第二阈值56,则不再能够假定电开关单元10的正确操作,并且将必须假定在电开关单元10中存在故障或短路。因为当第二半导体开关元件m2的安全直通连接阶段非常短或在某些情况下甚至“消失”时,也会发生无源续流(“驼峰”48至54),所以然后甚至对于第二半导体开关元件m2的非常短的直通连接阶段,也可以可靠地识别电开关单元10的正确操作。
可以例如通过第一时间t1被再次识别的事实来识别电开关单元10的正确操作,在第一时间t1处,第二半导体开关元件m2从激活状态改变成停用状态。此外,可以确定第二时间t2,在第二时间t2处,所测量的电压46比vs高第二阈值56。如果第二时间发生在第一时间之后的预定持续时间δt内,则可以假定电开关单元10正在正确地操作。预定的持续时间δt或第一时间t1和第二时间t2之间的时间间隔可以例如使用经验值或模型值来再次估计。
为了使所述方法更加鲁棒,还可以引入第二最小时段58,测量电压46必须在第二最小时段58内保持比vs高第二阈值56,然后可以假定电开关单元10的正确操作。像第一最小持续时间44一样,第二最小持续时间58也允许所测量的电压46的微小波动不被立即评估为电开关单元10中的故障。第二最小持续时间58也可以基于经验值或模型值。
如在图4中还示出的那样,在第二半导体开关元件m2的随后的开关循环期间或在第一半导体开关元件m2的重复停用之后,再次发生第一半导体开关元件m1的无源续流。即使在所述无源续流阶段中,电开关单元10也正确地操作,然后第一半导体开关元件m1上的所测量的电压46上升至比vs高第二阈值56的值。因此,可以确定第三时间t3,在接下来的开关循环中或在第二半导体开关元件m2的随后的重复停用之后,在第三时间t3处所测量的电压46比vs高第二阈值56。如果现在在第二时间t2之后的预定持续时间δt2内发生第三时间t3,则可以假定电开关单元10正在正确地操作。同样如在图3的情况下那样,当借助于脉宽调制信号激活电感负载14时,识别电开关单元10的正确操作的这种变型特别有利。预定的持续时间δt2然后可以被选择为脉宽调制信号的周期的持续时间的函数。如果在第二时间t2之后的取决于周期持续时间的时间间隔(例如,周期持续时间*110%)内没有发生第三时间t3,则可以假定电开关单元10不再正确地起作用,并且相反,在电开关单元10中发生了故障。
如在图3的情况下那样,可以借助于触发信号来提供时间t1、t2和t3,使得计算持续时间δt1和δt2需要很少的计算工作。
现在参考图5,其示出了根据本发明的方法的实施例。在根据图5描述的方法中,基于第二半导体开关装置m2的无源续流阶段来识别电开关单元10的正确操作。因此,例如,根据图5的方法考虑了诸如在图3中示出的电压特性。接下来结合图1至图3详细描述该方法的各个步骤。
该方法从步骤500处的开始处开始。在随后的步骤502中,确定第一半导体开关元件m1从激活状态改变成停用状态。在接下来的步骤504中,确定施加给第二半导体开关元件m2的电压(例如,图3的电压40)。在接下来的步骤506中,将所测量的电压40与预定的第一阈值(例如,图3的阈值42)进行比较。例如,利用比较器comp-l(见图1)来执行所述比较。在接下来的步骤508中,如果所测量的电压40比第二供电电压电势18(在特定示例中为gnd)低第一阈值42,则识别电开关单元10的正确操作。
如果在步骤508中识别了电开关单元10的正确操作,则在步骤510中将允许第一半导体开关元件m1的重复激活,使得该方法再次跳转回到步骤502,在步骤502中,再一次确定第一半导体开关元件m1是否进而从激活状态改变成停用状态。在第一半导体开关元件m1再一次改变成停用状态的事件中,再次执行先前描述的步骤504至步骤508,直到不再识别电开关单元10的正确操作。在这种情况下,该方法跳转回到步骤512,在步骤512中,该方法检测出或者输出故障和/或终止。
现在参考图6,其示出了图5的方法的实施例。根据图6的方法像根据图5的方法一样也具有步骤500至步骤512。然而,与图5的方法相比,在图6的方法中,借助于如下步骤来识别正确操作(步骤508)。首先,在步骤602中,确定第一半导体开关元件m1从激活状态改变成停用状态时所处的第一时间(例如,图3的时间t1)。然后,在步骤602中,确定测量电压40下降至比第二供电电压电势18(在特定示例中,为gnd)低第一阈值42时所处的第二时间(例如,图3的时间t2)。然后,在步骤604中,如果第二时间t2发生在第一时间t1之后的预定持续时间(例如,图3的持续时间δt)内,则识别电开关单元10的正确操作。在该实施例中,可以通过对两个时间t1、t2进行简单的时间上的比较来识别或检测电开关单元10的正确操作。如果第二时间t2然后发生在第一时间t1之后的持续时间δt内,则该方法将确认电开关单元10的正确操作,并跳转到步骤510。在另一种情况下,该方法将跳转到步骤512。
现在参考图7,其示出了根据图5的方法的另一个实施例。根据图7的方法同样包括步骤500至步骤506以及步骤510和步骤512。然而,在根据图7的方法中,在步骤700中,不仅基于所测量的电压40下降至比第二供电电压电势18(在特定示例中,为gnd)低第一阈值42的事实来检测正确操作。而是还必须确保所测量的电压40下降至在预定的第一最小持续时间(例如,图3的最小持续时间44)内比第二供电电压电势18低第一阈值42。如在所提到的那样,最小持续时间44增加了该方法的鲁棒性。
如果然后在步骤700中识别了正确的操作,则该方法然后跳转到步骤510。在另一种情况下,该方法跳转到步骤512,在步骤512中,故障被检测到和/或输出,或者该方法终止。
当然,可能的是以任何期望的方式将根据图5至图7的方法的实施例进行组合。
现在参考图8,其示出了根据本发明的方法的另一个实施例。与图5至图7中涉及的方法相比,在根据图8的方法中,基于第一半导体开关元件m1的无源续流阶段来识别电开关单元10的正确操作。因此,例如,根据图8的方法考虑了诸如在图4中所示出的电压特性。接下来结合图1至图2和图4详细描述该方法的各个步骤。
该方法从步骤800处的开始处开始。在随后的步骤802中,确定第二半导体开关元件m2从激活状态改变成停用状态。在接下来的步骤804中,确定施加给第一半导体开关元件m1的电压(例如,图4的电压46)。在接下来的步骤806中,将所测量的电压46与预定的第二阈值(例如,图4的阈值56)进行比较。例如,利用比较器comp-h(见图1)来执行该比较。在接下来的步骤808中,如果所测量的电压46比第一供电电压电势16(在特定示例中为vs)高第二阈值56,则识别电开关单元10的正确操作。
如果在步骤808中识别了电开关单元10的正确操作,则在步骤810中将允许第二半导体开关元件m2的重复激活,使得该方法跳转回到步骤802,在步骤802中再一次确定第二半导体开关元件m2是否进而从激活状态改变成停用状态。在第二半导体开关元件m2再一次改变成停用状态的事件中,再次执行先前描述的步骤804至步骤808,直到不再识别电开关单元10的正确操作。在这种情况下,该方法跳转回到步骤812,在步骤812中,该方法检测到或者输出故障,和/或该方法终止。
现在参考图9,图9示出了图8的方法的实施例。根据图9的方法像根据图8的方法一样也具有步骤800至步骤812。然而,与图8的方法相比,在图9的方法中,借助于如下步骤识别正确操作(步骤808)。首先,在步骤900中,确定第二半导体开关元件m2从激活状态改变成停用状态时所处的第一时间(例如,图4的时间t1)。然后,在步骤902中,确定所测量的电压46超出第一供电电压电势16(在特定示例中,为vs)第二阈值56时所处的第二时间(例如,图4的时间t2)。然后,在步骤904中,如果第二时间t2发生在第一时间t1之后的预定持续时间(例如,图4的持续时间δt)内,则识别电开关单元10的正确操作。在该实施例中,可以通过对两个时间t1、t2进行简单的时间上的比较来识别或检测电开关单元10的正确操作。如果第二时间t2然后发生在第一时间t1之后的持续时间δt内,则该方法将确认电开关单元10的正确操作,并且跳转到步骤810。在另一种情况下,该方法将跳转到步骤812。
现在参考图10,其示出了根据图8的方法的另一个实施例。根据图10的示例性实施例同样包括步骤800至步骤806以及步骤810和步骤812。然而,在根据图10的方法中,在步骤1000中,不仅基于所测量的电压46超出第一供电电压电势16(在特定示例中,为vs)第二阈值56的事实来识别正确操作。而是还必须确保所测量的电压46在预定的第二最小持续时间(例如,图4的最小持续时间58)内超出第一供电电压电势16第二阈值56。如在所提到的那样,最小持续时间58增加了该方法的鲁棒性。
如果然后在步骤1000中识别了正确操作,则该方法跳转到步骤810。在另一种情况下,该方法跳转到步骤812,在步骤812中故障被检测到和/或输出,或者该方法终止。
当然,可能的是以任何期望的方式将根据图8至图10的方法的实施例进行组合。
还可能的是以适当的方式将图5至图7中提及的方法与图8至图10中提及的方法进行组合,使得当对应的第一半导体开关元件m1或第二半导体开关元件m2从激活状态改变成停用状态时,总是应用对应的方法(根据图5至图7或者根据图8至图10)。
控制装置20被设计成执行根据图5至图10的方法的步骤。根据图5至图10的方法可以例如被实施为控制装置20上的计算机程序产品。
另外,可以将在此结合图5至图10公开的方法与从现有技术中已知的方法进行组合,以识别电开关单元10的正确运转。例如,在半导体开关元件m1、m2的足够长的接通阶段中,可以基于对从现有技术中已知的安全直通连接阶段的监测来识别正确操作,并且在相对短的接通阶段中,可以基于根据本发明的方法(即基于对无源续流阶段的监测)来识别正确操作。根据本发明,还可能的是将对无源续流阶段的监测提供为用于监测安全的直通连接阶段的附加保障措施,特别是在半导体开关元件m1、m2的比较短的接通阶段中。
1.一种用于识别电开关单元(10)的正确操作的方法,所述电开关单元具有全桥电路(12)和借助于所述全桥电路(12)操作的电感负载(14),所述全桥电路(12)包括向所述电感负载(14)供应第一供电电压电势(16)的第一半导体开关元件(m1)和向所述电感负载(14)供应第二供电电压电势(18)的第二半导体开关元件(m2),所述第二供电电压电势(18)与所述第一供电电压电势(16)相比具有更低的值,其中,所述第一半导体开关元件(m1)和所述第二半导体开关元件(m2)每个都具有二极管(d1、d2),并且其中,所述方法具有如下步骤:
-确定所述第一半导体开关元件(m1)从激活状态改变为停用状态,
-测量施加给所述第二半导体开关元件(m2)的电压(40),
-将所测量的电压(40)与预定的第一阈值(42)进行比较,以及
-如果在所述第二半导体开关元件(m2)上的所测量的电压(40)下降至比所述第二供电电压电势(18)低所述预定的第一阈值(42),则识别所述电开关单元(10)正在正确地操作。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,识别所述电开关单元(10)的正确操作的步骤还包括如下步骤:
-确定所述第一半导体开关元件(m1)从激活状态改变为停用状态时所处的第一时间(t1),
-确定所述第二半导体开关元件(m2)上的所测量的电压(40)下降至比所述第二供电电压电势(18)低所述第一阈值(42)时所处的第二时间(t2),以及
-如果所述第二时间(t2)发生在所述第一时间(t1)之后的预定持续时间(δt)内,则识别所述电开关单元(10)的正确操作。
3.根据权利要求1或者权利要求2中的任一项所述的方法,其中,只有在第二半导体开关元件(m2)上的所测量的电压(40)下降至在预定的第一最小持续时间(44)内比第二供电电压电势(18)低第一阈值(42)的情况下,才识别电开关单元(10)的正确操作。
4.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的方法,所述方法还具有如下步骤:
-如果已经识别了所述电开关单元(10)的正确操作,则允许第一半导体开关元件(m1)的重新激活。
5.一种用于识别电开关单元(10)的正确操作的方法,所述电开关单元(10)具有全桥电路(12)和借助于所述全桥电路(12)操作的电感负载(14),所述全桥电路(12)包括向所述电感负载(14)供应第一供电电压电势(16)的第一半导体开关元件(m1)和向所述电感负载(14)供应第二供电电压电势(18)的第二半导体开关元件(m2),所述第二供电电压电势(18)与所述第一供电电压电势(16)相比具有更低的值,其中,所述第一半导体开关元件(m1)和所述第二半导体开关元件(m2)每个都具有二极管(d1、d2),并且其中所述方法具有如下步骤:
-确定所述第二半导体开关元件(m2)从激活状态改变为停用状态,
-测量施加给所述第一半导体开关元件(m1)的电压(46),
-将所测量的电压(46)与预定的第二阈值(56)进行比较,以及
-如果所述第一半导体开关元件(m1)上的所测量的电压(46)下降至比所述第一供电电压电势(16)低预定的第二阈值(56),则检测到所述电开关单元(10)正在正确地操作。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,识别电开关单元(10)的正确操作的步骤还包括如下步骤:
-确定所述第二半导体开关元件(m2)从激活状态改变为停用状态时所处的第一时间(t1),
-确定所述第一半导体开关元件(m1)上的所测量的电压(46)下降至比所述第一供电电压电势(16)低第一阈值(56)时所处的第二时间(t2),以及
-如果所述第二时间(t2)发生在所述第一时间(t1)之后的预定持续时间(δt)内,则识别所述电开关单元(10)的正确操作。
7.根据权利要求5或者权利要求6中的任一项所述的方法,其中,只有在第一半导体开关元件(m1)上的所测量的电压(46)下降至在预定的第二最小持续时间(58)内比第一供电电压电势(16)低第二阈值(56)的情况下,才识别所述电开关单元(10)的正确操作。
8.根据权利要求5至权利要求7中的任一项所述的方法,还具有如下步骤:
-如果已经识别了所述电开关单元(10)的正确操作,则允许所述第二半导体开关元件(m2)的重新激活。
9.一种计算机程序产品,具有至少一个计算机可读存储器介质,所述至少一个计算机可读存储器介质上存储有由可计算机执行的程序代码指令,其中,可由计算机执行的程序代码指令被配置成执行如在前述权利要求中的任一项中所要求保护的方法。
10.一种用于操作电感负载(14)的全桥电路(12),其具有:
-第一半导体开关元件(m1),其用于向所述电感负载(14)供应第一供电电压电势(16),
-第二半导体开关元件(m2),其用于利用第二供电电压电势(18)为所述电感负载(14)供电,其中,所述第二供电电压电势(18)与所述第一供电电压电势(16)相比具有更低的值,并且其中,所述第一半导体开关元件(m1)和所述第二半导体开关元件(m2)每个都具有二极管(d1、d2),以及
-控制装置(20),其被配置成执行如在权利要求1至权利要求8中的任一项中所要求保护的方法。
技术总结