DE102010042292A1 - Method for functional testing of a semiconductor electrical switch, control unit for carrying out the method and domestic appliance with such a control unit - Google Patents

Method for functional testing of a semiconductor electrical switch, control unit for carrying out the method and domestic appliance with such a control unit Download PDF

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Hasan Gökcer Albayrak
Heiko Jahnke
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines elektrischen Halbleiterschalters, dessen Steueranschluss zu einem Zündzeitpunkt t1, t3 mittels einer Steuereinheit mit einem Zündimpuls 3 beaufschlagt wird, wobei ein Stromflusszeitpunkt t2, t4, zu welchem die Stromstärke des über den Halbleiterschalter fließenden Stromes i(t) den Wert Null verlässt, erfasst wird, und eine Zeitdifferenz Δt zwischen dem Zündzeitpunkt t1, t3 und dem Stromflusszeitpunkt t2, t4 zur Funktionsprüfung des Halbleiterschalters ausgewertet wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuereinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens und ein Hausgerät mit einer solchen Steuereinheit.The invention relates to a method for the functional test of an electrical semiconductor switch, the control connection of which is supplied with an ignition pulse 3 by means of a control unit at an ignition time t1, t3, a current flow time t2, t4 at which the current intensity of the current i (t) flowing via the semiconductor switch leaves the value zero, is detected, and a time difference Δt between the ignition timing t1, t3 and the current flow timing t2, t4 is evaluated for the functional test of the semiconductor switch. The invention further relates to a control unit for carrying out such a method and a domestic appliance with such a control unit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsprüfung bzw. zur Prüfung eines ordnungsgemäßen Betriebs eines elektrischen Halbleiterschalters, insbesondere zur Funktionsprüfung eines Triacs eines Hausgeräts. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuereinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens und ein Hausgerät mit einer solchen Steuereinheit.The present invention relates to a method for functional testing or to check the proper operation of a semiconductor electrical switch, in particular for functional testing of a triac of a domestic appliance. Furthermore, the invention relates to a control unit for carrying out such a method and a domestic appliance with such a control unit.

Eine Überwachungsschaltung für die Steuerung eines Elektromotors einer Waschmaschine ist beispielsweise aus der DE 197 33 533 C2 bekannt, bei der eine Steuereinheit die Motordrehzahl über einen mit dem Elektromotor am Versorgungsnetz in Reihe geschalteten Halbleiterschalter regelt und die Ist-Drehzahl über einen Tachometer auswertet. Es kann mit Hilfe einer Schaltung anhand von deren Ausgangsspannung festgestellt werden, ob der Halbleiterschalter vollständig funktionsfähig ist oder nicht, beispielsweise, ob der Halbleiterschalter einen Kurzschluss aufweist oder nicht. Dies wird durch einen Widerstand ermöglicht, der die obige Schaltung mit einem Netzanschluss verbindet und somit ein Auftreten einer elektrischen Spannung am Eingang der Schaltung zur Folge hat. Da sich die Ausgangsspannung der Schaltung bei dem defekten Halbleiterschalter von der Ausgangsspannung bei dem vollständig betriebsfähigen Halbleiterschalter deutlich unterscheidet, kann die Steuereinheit diese Ausgangsspannung auswerten und ggf. direkt auf eine Fehlfunktion, wie insbesondere auf einen Kurzschluss des Halbleiterschalters zurückschließen.A monitoring circuit for the control of an electric motor of a washing machine is for example from DE 197 33 533 C2 in which a control unit regulates the engine speed via a semiconductor switch connected in series with the electric motor on the supply network and evaluates the actual speed via a tachometer. It can be determined by means of a circuit based on their output voltage, whether the semiconductor switch is fully functional or not, for example, whether the semiconductor switch has a short circuit or not. This is made possible by a resistor which connects the above circuit to a mains connection and thus results in the occurrence of an electrical voltage at the input of the circuit. Since the output voltage of the circuit in the case of the defective semiconductor switch differs significantly from the output voltage in the case of the completely operable semiconductor switch, the control unit can evaluate this output voltage and possibly directly deduce a malfunction, such as, in particular, a short circuit of the semiconductor switch.

Außerdem ist bekannt, dass es durch verschiedene Ursachen, wie beispielsweise altersbedingte Durchlegierung oder thermische Überlastung des Halbleiterschalters zu einem Verlust der Sperrfähigkeit desselben kommen kann. Dies hat wiederum zur Folge, dass ein gezieltes Schalten des Halbleiterschalters, wie es beispielsweise eine Phasenanschnittsteuerung zur Regelung oder Steuerung einer Motordrehzahl erfordert, nicht mehr möglich ist. Dies wiederum kann zu einem unkontrollierten Hochfahren des Motors bis auf eine Enddrehzahl führen.In addition, it is known that various causes, such as age-related breakdown or thermal overloading of the semiconductor switch, can lead to a loss of the blocking capability of the same. This in turn means that a targeted switching of the semiconductor switch, as it requires, for example, a phase control to control or control an engine speed, is no longer possible. This in turn can lead to an uncontrolled startup of the engine up to a final speed.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Steuereinheit bzw. ein Hausgerät mit einer solchen Steuereinheit zu schaffen, mit denen ein rasches Erkennen einer Fehlerfunktion des Halbleiterschalters, insbesondere auch während des Betriebs eines den Halbleiterschalter aufweisenden Hausgeräts ermöglicht wird.The present invention has for its object to provide a method and a control unit or a domestic appliance with such a control unit, with which a rapid detection of an error function of the semiconductor switch, especially during operation of the semiconductor switch having domestic appliance is made possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 mit der Steuereinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und dem Hausgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens geben auch vorteilhafte Ausführungen der Steuereinheit bzw. des Hausgeräts und umgekehrt an.This object is achieved by a method having the features according to claim 1 with the control unit having the features of claim 9 and the domestic appliance with the features of claim 10. Advantageous embodiments of the method are specified in the dependent claims. Advantageous embodiments of the method also give advantageous embodiments of the control unit or the domestic appliance and vice versa.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zur Funktionsprüfung eines elektrischen Halbleiterschalters ausgelegt, dessen Steueranschluss zu einem Zündzeitpunkt mittels einer Steuereinheit mit einem Zündimpuls beaufschlagt wird. Dabei wird ein Stromflusszeitpunkt, zu welchem die Stromstärke des über den Halbleiterschalter fließenden Stromes den Wert Null verlässt, erfasst und eine Zeitdifferenz zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Stromflusszeitpunkt wird zur Funktionsprüfung des Halbleiterschalters ausgewertet.An inventive method is designed for functional testing of an electrical semiconductor switch, the control terminal is acted upon at an ignition timing by means of a control unit with an ignition pulse. In this case, a current flow time at which the current strength of the current flowing through the semiconductor switch leaves the value zero, detected and a time difference between the ignition and the current flow time is evaluated for functional testing of the semiconductor switch.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, zwei Zeitpunkte, einen Zündzeitpunkt, zu welchem der Halbleiterschalter angesteuert wird, und einen Stromflusszeitpunkt, zu welchem der Halbleiterschalter tatsächlich leitend wird oder der Verlauf der Stromstärke des über den Halbleiterschalter fließenden Stromes den Wert Null passiert, in Beziehung miteinander zu setzen und die Zeitverschiebung zwischen den beiden Zeitpunkten auszuwerten. Somit kann der Halbleiterschalter unabhängig vom Vorhandensein eines Drehzahlsensors sowie unabhängig von der Frequenz einer Versorgungsspannung, an welche der Halbleiterschalter angeschlossen ist, erfolgen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Halbleiterschalter auch während des Betriebs auf eine Fehlerfunktion hin überwacht werden, wodurch die Betriebssicherheit eines den Halbleiterschalter aufweisenden Hausgeräts erhöht wird. Durch Auswertung der Zeitdifferenz ist es ferner möglich, kurzzeitige bzw. kurzfristige Verluste der Sperrfähigkeit des Halbleiterschalters zu erkennen, durch welche es zu Drehzahlschwankungen des Antriebsmotors kommen kann. Gerade diese kurzzeitigen Verluste der Sperrfähigkeit des Halbleiterschalters können durch die bekannten Verfahren nicht erkannt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können die Drehzahlschwankungen, die durch die kurzzeitigen Verluste der Sperrfähigkeit verursacht werden, durch entsprechende Regelung ausgeglichen werden.A basic idea of the invention thus relates to two points in time, an ignition point at which the semiconductor switch is driven, and a current flow time at which the semiconductor switch actually conducts or the current of the current flowing across the semiconductor switch passes zero to set each other and to evaluate the time difference between the two times. Thus, the semiconductor switch, regardless of the presence of a speed sensor and regardless of the frequency of a supply voltage to which the semiconductor switch is connected, take place. As a result of the method according to the invention, the semiconductor switch can also be monitored during operation for an error function, thereby increasing the operational safety of a domestic appliance having the semiconductor switch. By evaluating the time difference, it is also possible to detect short-term or short-term losses of the blocking capability of the semiconductor switch, which can lead to speed fluctuations of the drive motor. It is precisely these brief losses of the blocking capability of the semiconductor switch that can not be detected by the known methods. The inventive method, the speed fluctuations caused by the short-term losses of the blocking capability can be compensated by appropriate regulation.

Vorzugsweise werden der Zündzeitpunkt und der Stromflusszeitpunkt bezogen auf eine halbe Periodendauer einer Netzspannung, an welcher der Halbleiterschalter anliegt, normiert. Dann ist auch die Zeitdifferenz zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Stromflusszeitpunkt bezogen auf die halbe Periodendauer der Netzspannung normiert. Bei dieser Ausführungsform wird folglich ein normierter Soll-Zündwinkel des Halbleiterschalters mit einem tatsächlich gemessenen normierten Ist-Zündwinkel verglichen, und eine Zündwinkeldifferenz zwischen dem Soll-Zündwinkel und dem Ist-Zündwinkel wird berechnet. Es kann somit der Verlust der Sperrfähigkeit des Halbleiterschalters innerhalb einer Netzhalbwelle erkannt werden.Preferably, the ignition timing and the current flow time are normalized with respect to half a period of a mains voltage at which the semiconductor switch is applied. Then, the time difference between the ignition and the current flow time is normalized based on half the period of the mains voltage. In this embodiment, therefore, a normalized target firing angle of the semiconductor switch is compared with an actually measured normalized actual firing angle, and a firing angle difference between the target firing angle and the actual firing angle is calculated. It Thus, the loss of the blocking capability of the semiconductor switch can be detected within a network half-wave.

Vorzugsweise wird die Zeitdifferenz mit einem in der Steuereinheit abgelegten Referenzwert verglichen. Dann wird eine Fehlfunktion des Halbleiterschalters erkannt, wenn die Zeitdifferenz den Referenzwert überschreitet. Als Referenzwert wird bevorzugt ein Wert verwendet, welcher durch physikalische Eigenschaften des Halbleiterschalters bestimmt wird. Wird die Zeitdifferenz bezogen auf eine halbe Periodendauer der Netzspannung normiert, so beträgt der Referenzwert erfahrungsgemäß etwa 1%, was jedoch von den jeweiligen physikalischen Eigenschaften des Halbleiterschalters abhängt. Bei der Bestimmung des Referenzwertes können ferner Reaktionszeiten bzw. Ansprechzeiten berücksichtigt werden, die für die Auswertung des über den Halbleiterschalter fließenden Stromes bzw. eines Motorstromes erforderlich sind.Preferably, the time difference is compared with a reference value stored in the control unit. Then, a malfunction of the semiconductor switch is detected when the time difference exceeds the reference value. The reference value used is preferably a value which is determined by physical properties of the semiconductor switch. If the time difference is normalized in relation to half the period of the mains voltage, the reference value is, according to experience, about 1%, which, however, depends on the respective physical properties of the semiconductor switch. When determining the reference value, reaction times or response times which are required for the evaluation of the current flowing through the semiconductor switch or a motor current can also be taken into account.

Bevorzugt wird mit dem Halbleiterschalter ein Antriebsmotor eines Hausgeräts, insbesondere zur Pflege von Wäschestücken, angesteuert. Auf diesem Wege gelingt es, ein unkontrolliertes Drehzahlverhalten im Falle einer Fehlfunktion des Halbleiterschalters zu vermeiden. Wird eine Fehlfunktion des Halbleiterschalters durch die Auswertung der Zeitdifferenz zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Stromflusszeitpunkt erkannt, so können entsprechende Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden. Beispielsweise kann bei der erkannten Fehlfunktion die Steuereinheit des Halbleiterschalters bzw. das Hausgerät abgeschaltet bzw. vom Versorgungsnetz getrennt werden.Preferably, a drive motor of a domestic appliance, in particular for the care of laundry items, is controlled by the semiconductor switch. In this way, it is possible to avoid an uncontrolled speed behavior in case of malfunction of the semiconductor switch. If a malfunction of the semiconductor switch detected by the evaluation of the time difference between the ignition and the current flow time, so appropriate security measures can be taken. For example, in the case of the detected malfunction, the control unit of the semiconductor switch or the household appliance can be switched off or disconnected from the supply network.

Es wird bevorzugt ein Triac als Halbleiterschalter verwendet.It is preferred to use a triac as a semiconductor switch.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Steuereinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine solche Steuereinheit umfasst einen elektrischen Halbleiterschalter, dessen Steueranschluss zu einem Zündzeitpunkt mittels der Steuereinheit mit einem Zündimpuls beaufschlagbar ist, eine Zeiterfassungseinheit, mit der ein Stromflusszeitpunkt, zu welchem die Stromstärke des über den Halbleiterschalter fließenden Stromes den Wert Null verlässt, und eine Zeitdifferenz zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Stromflusszeitpunkt erfassbar ist, und eine Auswerteeinheit, mit der abhängig von dem Stromflusszeitpunkt und der Zeitdifferenz ein Fehlersignal erzeugbar ist.The invention further relates to a control unit for carrying out the method according to the invention. Such a control unit comprises a semiconductor electrical switch, whose control terminal can be acted upon by an ignition pulse by means of the control unit, a time detection unit, with which a current flow time at which the current of the current flowing through the semiconductor switch leaves zero, and a time difference between the Ignition point and the current flow time can be detected, and an evaluation unit, with which an error signal can be generated depending on the current flow time and the time difference.

Darüber hinaus wird ein Hausgerät, das insbesondere zur Pflege von Wäschestücken ausgerüstet ist, mit einem Antriebsmotor und mit der erfindungsgemäßen Steuereinheit geschaffen, wobei der Halbleiterschalter zur Ansteuerung des Antriebsmotors mit dem Antriebsmotor verbunden ist.In addition, a domestic appliance, which is equipped in particular for the care of laundry items, provided with a drive motor and with the control unit according to the invention, wherein the semiconductor switch for driving the drive motor is connected to the drive motor.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt dabei einen Verlauf einer Netzspannung, einen Verlauf eines über einen Halbleiterschalter fließenden Stromes sowie einen zeitlichen Verlauf von Zündimpulsen, die an den Halbleiterschalter abgegeben werden.The invention will now be described with reference to an embodiment and with reference to the accompanying drawings. The single figure shows a course of a mains voltage, a profile of a current flowing through a semiconductor switch current and a time course of ignition pulses, which are delivered to the semiconductor switch.

Die Figur stellt in ihrem oberen Teil einen zeitlichen Verlauf 1 einer Netzspannung u(t), an welcher ein Triac zur Ansteuerung eines Antriebsmotors einer Waschmaschine anliegt, sowie einen zeitlichen Verlauf 2 eines Motorstromes i(t) dar. Auf der x-Achse ist die Zeit t aufgetragen. In ihrem unteren Teil stellt die Figur eine Reihe von Zündimpulsen 3 dar, die an einen Steueranschluss des Triacs zeitversetzt abgegeben werden. Durch die Zündimpulse wird der Triac leitend geschaltet. Funktioniert der Triac ordnungsgemäß, so ist zu erwarten, dass nach dem Zünden des Triacs durch das Abgeben eines Zündimpulses 3 der Motorstrom i(t) so lange fließt, bis er den Wert Null erreicht. Nach einem Zündimpuls 3 soll sich somit der Motorstrom i(t) selbst halten.The figure shows in its upper part a time course 1 a mains voltage u (t), at which a triac for driving a drive motor of a washing machine is applied, and a time course 2 of a motor current i (t). The time t is plotted on the x-axis. In its lower part, the figure represents a series of firing pulses 3 which are delivered to a control terminal of the triac with a time delay. By the ignition pulses of the triac is turned on. If the triac functions properly, it is to be expected that after ignition of the triac by the emission of an ignition pulse 3 the motor current i (t) flows until it reaches the value zero. After an ignition pulse 3 should thus keep the motor current i (t) itself.

Anhand der Verläufe 1, 2 wird nun ein Verfahren zur Funktionsprüfung bzw. zur Überwachung des Triacs näher erläutert. Der Verlauf 1 der Netzspannung u(t) beginnt in der Figur mit einem ersten Nulldurchgang (n – 1), passiert nach der Zeitdauer einer halben Netzwelle einen zweiten Nulldurchgang (n) und endet nach der Zeitdauer einer vollständigen Netzwelle bzw. nach Passieren eines dritten Nulldurchganges (n + 1). Das Verfahren wird somit anhand einer vollständigen Periodendauer der Netzspannung erläutert.Based on the gradients 1 . 2 Now a method for functional testing and monitoring of the triac will be explained in more detail. The history 1 In the figure, the line voltage u (t) starts with a first zero crossing (n-1), passes through a second zero crossing (n) after the time of half a mains wave and ends after the time of a complete net wave or after passing through a third zero crossing (n + 1). The method is thus explained on the basis of a complete period of the mains voltage.

Während der Zeitdauer der halben Netzwelle der Netzspannung u(t), also zwischen dem ersten Nulldurchgang (n – 1) und dem zweiten Nulldurchgang (n) der Netzspannung u(t) wird zu einem Zündzeitpunkt t, ein erster Impuls 3 an den Steueranschluss des Triacs abgegeben, und der Triac wird gezündet. Nach einer Zeitdifferenz Δt, also zu einem Stromflusszeitpunkt t2, beginnt der Motorstrom i(t) zu fließen. Die Zeitdifferenz Δt hängt dabei von den physikalischen Eigenschaften des Triacs ab.During the period of half the mains wave of the mains voltage u (t), ie between the first zero crossing (n-1) and the second zero crossing (n) of the mains voltage u (t) becomes a firing time t, a first pulse 3 delivered to the control terminal of the triac, and the triac is ignited. After a time difference Δt, ie at a current flow time t 2 , the motor current i (t) begins to increase flow. The time difference Δt depends on the physical properties of the triac.

Die Zeitverschiebung zwischen dem Zünden des Triacs und dem Beginn des Stromflusses i(t) kann auch anhand von Zündwinkeln erläutert werden. Um die Drehzahl des Antriebsmotors zu regeln, wird bei der Ansteuerung des Triacs für jede Netzhalbwelle ein Soll-Zündwinkel berechnet, welcher bezogen auf die Zeitdauer einer halben Netzwelle normiert wird. Der normierte Soll-Zündwinkel αsoll,norm(n), welcher den Zeitpunkt t, definiert, ist in der Figur abgebildet. Der Soll-Zündwinkel αsoll,norm(n) kann nun mit einem gemessenen normierten Ist-Zündwinkel αist,norm(n) verglichen werden. Dabei ist der Ist-Zündwinkel αist,norm(n) durch eine Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Nulldurchgang (n) der Netzspannung u(t) und dem Stromflusszeitpunkt t2 bezogen auf eine halbe Periodendauer der Netzspannung u(t) definiert. Vergleicht man nun den Soll-Zündwinkel αsoll,norm(n) mit dem Ist-Zündwinkel αist,norm(n), so ist die Differenz zwischen den beiden Winkeln gleich der Zeitdifferenz Δt.The time shift between the ignition of the triac and the beginning of the current flow i (t) can also be explained by means of ignition angles. In order to regulate the rotational speed of the drive motor, a nominal ignition angle is calculated for the activation of the triac for each mains half-wave, which is normalized in relation to the duration of half a mains current. The normalized desired firing angle α soll, norm (n) , which defines the instant t, is depicted in the figure. The desired firing angle α soll, norm (n) can now be compared with a measured normalized actual firing angle α ist, norm (n) . In this case, the actual ignition angle α ist, norm (n) is defined by a time difference between the second zero crossing (n) of the mains voltage u (t) and the current flow time t 2 with respect to half the period of the mains voltage u (t). If one then compares the desired firing angle α soll, norm (n) with the actual firing angle α , norm (n) , the difference between the two angles equals the time difference Δt.

Um nun den Triac auf eine Fehlerfunktion hin zu überprüfen, wird die Zeitdifferenz Δt mit einem in einem Speicher einer Steuereinheit abgelegten Referenzwert verglichen. Dieser Referenzwert wird dabei in Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften des Triacs sowie von der Ansprechzeit der Motorstromauswertung definiert. Der Referenzwert kann dabei beispielsweise durch Versuche oder durch ein mathematisches Modell bestimmt werden. Weicht die gemessene Zeitdifferenz Δt von dem Referenzwert ab, insbesondere überschreitet sie den Referenzwert, so kann auf eine Fehlerfunktion des Triacs geschlossen werden.In order to check the triac for an error function, the time difference .DELTA.t is compared with a reference value stored in a memory of a control unit. This reference value is defined as a function of the physical properties of the triac and of the response time of the motor current evaluation. The reference value can be determined, for example, by experiments or by a mathematical model. If the measured time difference .DELTA.t deviates from the reference value, in particular if it exceeds the reference value, then an error function of the triac can be deduced.

Die Zeitdifferenz Δt zwischen dem Zündzeitpunkt t1 und dem Stromflusszeitpunkt t2 während der Zeitdauer der ersten Halbwelle, also zwischen dem ersten Nulldurchgang (n – 1) und dem zweiten Nulldurchgang (n) der Netzspannung u(t), wie sie in der Figur abgebildet ist, stellt im vorliegenden Beispiel einen ordnungsgemäßen Betrieb des Triacs dar. Bezugnehmend auf die Zeitdauer der zweiten Halbwelle, also auf die Zeitdauer zwischen dem zweiten Nulldurchgang (n) und dem dritten Nulldurchgang (n + 1) der Netzspannung u(t), wird nun ein Fehlerfall bei dem Betrieb des Triacs vorgestellt.The time difference Δt between the ignition time t 1 and the current flow time t 2 during the period of the first half-wave, ie between the first zero crossing (n-1) and the second zero crossing (n) of the mains voltage u (t), as shown in the figure In the present example, this represents a proper operation of the triac. Referring now to the time duration of the second half-wave, ie the time duration between the second zero crossing (n) and the third zero crossing (n + 1) of the mains voltage u (t), is an error case in the operation of the triac presented.

Zu einem weiteren Zündzeitpunkt t3 wird an den Steueranschluss des Triacs ein Zündimpuls abgegeben, durch welchen der Triac leitend geschaltet werden soll. Allerdings passiert der Verlauf 2 des Motorstroms i(t) den Wert Null bereits zu einem Stromflusszeitpunkt t4 vor dem Zündzeitpunkt t3. Bei einem ordnungsgemäßen Betrieb des Triacs sollte der Stromfluss i(t) nach dem Erreichen des Wertes Null von dem Triac gesperrt werden und erst nach einem weiteren Zündimpuls 3 eintreten. Dies ist in der Figur während der Zeitdauer der zweiten Halbwelle nicht der Fall. Die Zeitdifferenz Δt zwischen dem Zündzeitpunkt t3 und dem Stromflusszeitpunkt t4, welche nun deutlich größer als die Zeitdifferenz Δt während der Zeitdauer der ersten Halbwelle ist, deutet unmittelbar darauf hin, dass eine Fehlerfunktion des Triacs auftritt. Die Zeitdifferenz Δt kann hier auch anhand von Zündwinkeln berechnet werden, also als eine Differenz zwischen einem normierten Soll-Zündwinkel αsoll,norm(n+1) und einem gemessenen normierten Ist-Zündwinkel αist,norm(n+1). Durch die Auswertung der Zeitdifferenz Δt wird deutlich, dass der Triac seine Sperrfähigkeit verloren hat, so dass der Motorstrom i(t) beim Passieren des Wertes Null nicht gesperrt wird, sondern der Stromfluss erneut eintritt.At a further ignition time t 3 , an ignition pulse is emitted to the control terminal of the triac, by which the triac is to be turned on. However, the course happens 2 of the motor current i (t) already has the value zero at a current flow time t 4 before the ignition time t 3 . During proper operation of the triac, the current flow i (t) should be blocked by the triac after reaching zero, and only after another ignition pulse 3 enter. This is not the case in the figure during the period of the second half wave. The time difference Δt between the ignition time t 3 and the current flow time t 4 , which is now significantly greater than the time difference Δt during the time period of the first half-wave, immediately indicates that an error function of the triac occurs. The time difference .DELTA.t can here also be calculated on the basis of ignition angles, that is, as a difference between a normalized desired ignition angle .alpha..sub.setpoint , norm (n + 1) and a measured normalized actual ignition angle .alpha ., Norm (n + 1) . By evaluating the time difference .DELTA.t is clear that the triac has lost its blocking capability, so that the motor current i (t) is not blocked when passing the value zero, but the current flow occurs again.

Wird bei der Regelung der Drehzahl des Antriebsmotors, beispielsweise bei einem hohen Lastmoment, ein maximaler Zündwinkel, also ein normierter Zündwinkel von 100% erforderlich, so ist dieser reguläre Betriebsfall von einer Fehlerfunktion des Triacs nicht zu unterscheiden. In einem solchen Fall kann der Soll-Zündwinkel schrittweise auf den maximalen Zündwinkel erhöht werden. Eine Fehlerfunktion des Triacs kann dann wieder erkannt werden, sobald ein geringeres Lastmoment zu einem Zündwinkel kleiner als der maximale Zündwinkel führt.If a maximum firing angle, ie a standardized firing angle of 100%, is required in the regulation of the rotational speed of the drive motor, for example at a high load torque, then this regular operating situation can not be distinguished from an error function of the triac. In such a case, the target ignition angle can be increased stepwise to the maximum ignition angle. An error function of the triac can then be recognized again as soon as a lower load torque leads to an ignition angle smaller than the maximum ignition angle.

Das oben dargestellte Verfahren kann auch im Motorstillstand oder auch während eines Motorauslaufs, also wenn keine Zündung des Triacs erfolgt, angewandt werden. In diesem Fall beträgt der Soll-Zündwinkel Null, so dass auch ein kurzzeitiger Stromfluss bedingt durch den Verlust der Sperrfähigkeit des Triacs und somit eine Fehlerfunktion desselben erkannt werden können.The method described above can also be used during engine standstill or even during a motor run-out, ie when no ignition of the triac occurs. In this case, the target ignition angle is zero, so that a short-term current flow due to the loss of the blocking capability of the triac and thus an error function of the same can be detected.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine im Vergleich zum Stand der Technik günstige Funktionsprüfung eines elektrischen Halbleiterschalters, wie insbesondere eines Triacs. Das Verfahren erfordert nämlich keinen Drehzahlsensor, wie er beispielsweise als Tachometer im Stand der Technik eingesetzt wird. An dieser Stelle sei ferner erwähnt, dass das Verfahren auch unabhängig von der Frequenz der Netzspannung u(t) sowie unabhängig von Frequenzschwankungen angewandt werden kann. Auch kurzzeitige bzw. kurzfristig auftretende Verluste der Sperrfähigkeit des Triacs, welche üblicherweise zu Drehzahlschwankungen des Antriebsmotors führen, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfasst werden.The method according to the invention offers a favorable function test of an electrical semiconductor switch, in particular a triac, in comparison with the prior art. Namely, the method does not require a speed sensor, as used for example as a speedometer in the prior art. It should also be mentioned at this point that the method can also be used independently of the frequency of the mains voltage u (t) and independently of frequency fluctuations. Even short-term or short-term losses of the blocking capability of the triac, which usually lead to speed fluctuations of the drive motor can be detected by the method according to the invention.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19733533 C2 [0002] DE 19733533 C2 [0002]

Claims (10)

Verfahren zur Funktionsprüfung eines elektrischen Halbleiterschalters, dessen Steueranschluss zu einem Zündzeitpunkt (t1, t3) mittels einer Steuereinheit mit einem Zündimpuls (3) beaufschlagt wird, wobei ein Stromflusszeitpunkt (t2, t4), zu welchem die Stromstärke des über den Halbleiterschalter fließenden Stromes (i(t)) den Wert Null verlässt, erfasst wird, und eine Zeitdifferenz (Δt) zwischen dem Zündzeitpunkt (t1, t3) und dem Stromflusszeitpunkt (t2, t4) zur Funktionsprüfung des Halbleiterschalters ausgewertet wird.Method for functional testing of a semiconductor electrical switch whose control connection to an ignition point (t 1 , t 3 ) by means of a control unit with an ignition pulse ( 3 ), wherein a current flow time (t 2 , t 4 ) at which the current of the current flowing through the semiconductor switch (i (t)) is zero, is detected, and a time difference (Δt) between the ignition timing (t 1 , t 3 ) and the current flow time (t 2 , t 4 ) is evaluated for functional testing of the semiconductor switch. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündzeitpunkt (t1, t3) und der Stromflusszeitpunkt (t2, t4) bezogen auf eine halbe Periodendauer einer Netzspannung (u(t)), an welcher der Halbleiterschalter anliegt, normiert werden.A method according to claim 1, characterized in that the ignition timing (t 1 , t 3 ) and the current flow time (t 2 , t 4 ) based on half a period of a mains voltage (u (t)), at which the semiconductor switch is applied, normalized , Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdifferenz (Δt) mit einem in der Steuereinheit abgelegten Referenzwert verglichen wird, und eine Fehlfunktion des Halbleiterschalters erkannt wird, wenn die Zeitdifferenz (Δt) den Referenzwert überschreitet.Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the time difference (At) is compared with a reference value stored in the control unit, and a malfunction of the semiconductor switch is detected when the time difference (At) exceeds the reference value. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer erkannten Fehlfunktion des Halbleiterschalters die Steuereinheit abgeschaltet wird.A method according to claim 3, characterized in that in case of a detected malfunction of the semiconductor switch, the control unit is turned off. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzwert ein Wert verwendet wird, welcher durch physikalische Eigenschaften des Halbleiterschalters bestimmt wird.Method according to one of claims 3 and 4, characterized in that a value is used as the reference value, which value is determined by physical properties of the semiconductor switch. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Halbleiterschalter ein Antriebsmotor eines Hausgeräts, insbesondere zur Pflege von Wäschestücken, angesteuert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that with the semiconductor switch, a drive motor of a domestic appliance, in particular for the care of laundry items, is controlled. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbleiterschalter ein Triac verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a triac is used as the semiconductor switch. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer erkannten Fehlfunktion des Halbleiterschalters das Hausgerät abgeschaltet oder vom Versorgungsnetz getrennt wird.Method according to one of claims 6 and 7, characterized in that in the event of a detected malfunction of the semiconductor switch, the domestic appliance is switched off or disconnected from the mains supply. Steuereinheit zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem elektrischen Halbleiterschalter, dessen Steueranschluss zu einem Zündzeitpunkt (t1, t3) mittels der Steuereinheit mit einem Zündimpuls (3) beaufschlagbar ist, umfassend eine Zeiterfassungseinheit, mit der ein Stromflusszeitpunkt (t2, t4), zu welchem die Stromstärke des über den Halbleiterschalter fließenden Stromes (i(t)) den Wert Null verlässt, und eine Zeitdifferenz (Δt) zwischen dem Zündzeitpunkt (t1, t3) und dem Stromflusszeitpunkt (t2, t4) erfassbar ist, und umfassend eine Auswerteeinheit, mit der abhängig von dem Stromflusszeitpunkt (t2, t4) und der Zeitdifferenz (Δt) ein Fehlersignal erzeugbar ist.Control unit for carrying out a method according to one of the preceding claims with an electrical semiconductor switch whose control connection to an ignition point (t 1 , t 3 ) by means of the control unit with an ignition pulse ( 3 ), comprising a time detection unit, with which a current flow time (t 2 , t 4 ), at which the current of the current flowing through the semiconductor switch (i (t)) leaves the value zero, and a time difference (Δt) between the ignition (t 1 , t 3 ) and the current flow time (t 2 , t 4 ) can be detected, and comprising an evaluation unit, with the depending on the current flow time (t 2 , t 4 ) and the time difference (At) an error signal can be generated. Haushaltgerät, insbesondere zur Pflege von Wäschestücken, mit einem Antriebsmotor und mit einer Steuereinheit nach Anspruch 9, wobei der Halbleiterschalter zur Ansteuerung des Antriebsmotors mit dem Antriebsmotor verbunden ist.Domestic appliance, in particular for the care of items of laundry, with a drive motor and with a control unit according to claim 9, wherein the semiconductor switch for driving the drive motor is connected to the drive motor.
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