CN100530882C - 测试功率输出级的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种测试功率输出级的方法和装置，其中所述功能输出级具有至少一个半桥，此半桥包括串联的且加有工作电压的上位和下位半导体开关，该至少一个半桥的半导体开关之间的节点构成输出端，本发明给出了由控制装置执行的下列相关步骤：在半导体开关未导通时测试，以确定输出端上的电压是否在预定中心容限带内；在上位半导体开关导通时测试，以确定输出端上的电压是否在预定高容限带内；在下位半导体开关导通时测试，以确定输出端上的电压是否在预定低容限带内。

Description

测试功率输出级的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于测试功率输出级的方法和装置，所述功能输出级具有至少一个半桥，该半桥包括串联的、其上加有工作电压的上位和下位半导体开关，该至少一个半桥的半导体开关之间的连接点构成输出端。
背景技术
设置了半导体开关的功率输出级除用于其他事物以外还在机动车中用于驱动负载、如直流电机。低阻功率MOSFET的迅速发展意味着甚至有可能以低成本驱动千瓦级的负载。在机动车中，有可能以物理上彼此隔开的方式设置功率输出级和负载，在这种情况下，负载馈电线路到地或到电池电压的短路可导致大故障电流。由于这些电路的耐受度、内阻和所用的大电流，通常在这些电路中不使用熔丝。此外，功率输出级中有故障的MOSFET可导致大故障电流流过。
因此，本发明的目的是提供一种用于功率输出级的测试方法，以便在短路时切断工作电压或使工作电压一开始就完全不导通，从而保护功率输出级和机动车电源系统不受损坏。
发明内容
就本发明的方法而言，本发明目的是通过如下由控制装置执行的步骤来实现的：
-在半导体开关未导通时进行测试，以确定输出端上的电压是否在预定中心容限带内；
-在上位半导体开关导通时进行测试，以确定输出端上的电压是否在预定高容限带内；
-在下位半导体开关导通时进行测试，以确定输出端上的电压是否在预定低容限带内，
以及，当所有输出电压在相应的容限带内时，就确定输出功率级是正常的。
一种有利的改进为，在测试期间及之前，通过限流装置提供工作电压，一旦确定功率输出级是正常的，就不加限流地提供工作电压。
另一种有利的改进在于，半导体开关在测试期间以既不造成损坏又不影响负载或只轻微影响负载的方式短暂地导通，以及一旦确定输出级是正常的，则向半导体开关提供用于正常操作的驱动脉冲。对于正常的半导体开关，少于1至2毫秒的导通时间可能是合适的。
只需要少量附加电阻和总是设置在控制装置中的模拟/数字转换器输入来执行本发明方法。这些模拟/数字转换器连同控制装置中的合适的程序共同起窗口比较器的作用，窗口比较器还可以以不同方式来实现。
本发明的方法允许在测试期间以负载不受影响或受轻微影响的不同方式来评估功率输出级的状态。可以在功率输出级导通之前(例如在操作机动车的点火钥时)或在工作期间的每种场合下自动进行测试。
本发明的方法可以对具有一个或多个半桥的功率输出级执行。就具有至少两个半桥的功率输出级而言，本发明方法规定，在上位和下位半导体开关导通期间对各半桥中的每个半导体开关顺序进行测试。此方法还使得有可能通过评估对不同半桥的测试期间的输出电压来识别输出端和负载之间的线路中断。
本发明的装置这样实现所述目标：将至少一个半桥的输出电压和工作电压提供给窗口比较器的输入端，所述窗口比较器与控制半导体开关的驱动电路的控制装置相连，以及控制装置配备有用于执行下列步骤的程序：
-在半导体开关未导通时进行测试，以确定输出端上的电压是否在预定中心容限带内；
-在上位半导体开关导通时进行测试，以确定输出端上的电压是否在预定高容限带内；
-在下位半导体开关导通时进行测试，以确定输出端上的电压是否在预定低容限带内，
以及，当所有输出电压在相应的容限带内时，就确定输出功率级是正常的。
开发本发明装置的关键在于，用模拟/数字转换器构成窗口比较器，而且在控制装置中将模拟/数字转换器的输出值与容限带作比较。
因为功率输出级的工作电压通常远远高于微处理器或数字信号处理器的工作电压，所以在本发明装置的一种改进中，至少一个半桥的输出和工作电压通过分压器与窗口比较器的输入端相连。
为了确保在半导体开关截至时输出端上有可再现的电压，可以为本发明的装置配备在半导体开关截至时使相应的输出电压在预定中心容限带内的部件。此部件最好这样设计：由连接在所述输出端和工作电压源之间的电阻构成，该电阻与分压器一起在所述输出端上形成在中心容限带内的电压。其他合适的部件是适当的门驱动器。
在本改进中，可以配备至少两个半桥，并且其中只有一个或多个半桥具有在半导体开关截至时使相应输出电压在预定中心容限带内的部件。
不使功率输出级和电压馈送装置过载而进行测试在本发明装置的一种改进设计中是可行的，这是因为在工作电压的馈电线路上设置了可控开关，并且该可控开关可由控制装置控制。或者，可以为本发明的装置提供用于测试的足够短的脉冲，以使半导体开关不过载。
附图说明
图1是根据本发明的装置的电路示意图。
具体实施方式
本发明可以有许多种实施例。其中一种实施例示意性地图解于本发明装置的电路图中，该电路图中功率输出级由三个半桥构成，下面将对此加以说明。
在图示示范性实施例中，两个MOSFET 1，2；3，4；5，6分别构成半桥7，8，9，半桥7，8，9各自的输出10、11、12与电动机的绕组13，14，15(成星型连接)之一相连。一个输入端16接收工作电压Ubat，所述工作电压以U+的形式通过继电器17提供给功率输出级。限流电阻18与继电器17并联，大容量电解电容19可以通过限流电阻18充电，其中继电器直到电压U+近似等于电压Ubat时才导通。这造成了不可接受的大充电电流浪涌。此已知电路的详细情况包含在DE 100 57 156 A1中。
所述装置还具有控制装置20，它本身与功率输出级相结合，由微计算机或数字信号处理器构成，就理解本发明而言无需对此作更详细的描述。控制装置20的输出端与驱动电路21相连，驱动电路为MOSFET 1至6产生控制信号HS1、HS2、HS3、LS1、LS2、LS3。控制装置20还连接到模拟/数字转换器20′，转换器20′的输入可在任何情况下接收由分压器22、23、24、25产生的电压。这些分压器具有显著高于绕组13、14、15的电阻，以免在工作期间降低输出级的效率。
电阻26与MOSFET 1并联，并与分压器23一起在MOSFET 1、2截至时在半桥7的输出端10上产生等于电压U+的一半的电压。
这样设计分压器22至25，使得U+在取最大可能值时不超过CMOS电路的最大允许电压。分压器22产生的电压用作参考电压，以便形成以下各测试用的容限带。
在第一测试中，不驱动MOSFET 1至6，以便输出10端处于电压U+/2，并在控制装置20中将指定容限纳入考虑，对此进行检查。如果情况如此，就可以断定没有对地27短路或者MOSFET 1、2中没有对工作电压U+的短路或者在馈电线路中没有对绕组13的短路。如果功率输出级正常，则MOSFET 3至6在此第一测试期间也不导通，以便输出端11、12(通过电动机的绕组13至15)上的电压同样在中心容限带内，控制装置20可对此进行检查。
在第二测试中，“上位”MOSFET 1、3、5顺次导通，在每一种情况下都进行检查，以确定输出端10、11、12是否处于高容限带之内的某个电压，也就是说，在电压U+附近。在第三测试中，“下位”MOSFET 2、4、6顺次导通。然后在每一种情况下进行检查，以确定输出端10、11、12上的电压是否在低容限带内，也就是说，与U+相比，是否在低电位附近。可以根据各容限带超出或下冲的程度推断故障性质，例如短路或过载。

Claims (13)

1.一种用于测试功率输出级的方法，所述功率输出级具有至少一个半桥，每一个半桥包括串联的且加有工作电压的上桥臂半导体开关和下桥臂半导体开关，所述至少一个半桥的所述上桥臂半导体开关和所述下桥臂半导体开关之间的连接点构成输出端，其特征在于由控制装置执行下列步骤：
-在所述上桥臂半导体开关和所述下桥臂半导体开关未导通时进行测试，以确定所述输出端上的电压是否在预定中心公差带内；
-在所述上桥臂半导体开关导通时进行测试，以确定所述输出端上的电压是否在预定高公差带内；
-在所述下桥臂半导体开关导通时进行测试，以确定所述输出端上的电压是否在预定低公差带内，
以及，当所有所述输出端上的电压在所述相应的公差带内时，就确定所述功率输出级是正常的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述测试期间或之前，所述工作电压是通过限流装置提供的，并且一旦已确定所述功率输出级是正常的，就不加限流地提供所述工作电压。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述测试期间，所述上桥臂半导体开关和所述下桥臂半导体开关以在所述测试期间既不造成破坏又不影响负载或只轻微影响负载的方式短暂地导通，以及一旦已确定所述功率输出级是正常的，则向所述上桥臂半导体开关和所述下桥臂半导体开关提供用于正常操作的驱动脉冲。
4.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，对于具有至少两个半桥的功率输出级，在所述上桥臂半导体开关和下桥臂半导体开关导通期间，连续对所述至少两个半桥中的各个半桥的上桥臂半导体开关和下桥臂半导体开关进行测试。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述至少两个半桥的测试期间通过评估所述输出端上的电压来识别所述输出端和负载之间的线路中断。
6.一种用于测试功率输出级的装置，所述功率输出级具有至少一个半桥，每一个半桥包括串联的且加有工作电压的上桥臂半导体开关和下桥臂半导体开关，所述至少一个半桥的所述上桥臂半导体开关和所述下桥臂半导体开关之间的连接点构成输出端，其特征在于：所述至少一个半桥(7、8、9)的输出电压和所述工作电压提供给窗口比较器(20′)的输入端，所述窗口比较器(20′)与控制所述上桥臂半导体开关和所述下桥臂半导体开关(1，2，3，4，5，6)的驱动电路(21)的控制装置(20)相连，以及所述控制装置(20)配备有执行下列步骤的程序：
-在所述上桥臂半导体开关和所述下桥臂半导体开关(1，2，3，4，5，6)未导通时进行测试，以确定所述输出端(10，11，12)上的电压是否在预定中心公差带内；
-在所述上桥臂半导体开关(1，3，5)导通时进行测试，以确定所述输出端(10，11，12)上的电压是否在预定高公差带内；
-在所述下桥臂半导体开关(2，4，6)导通时进行测试，以确定所述输出端(10，11，12)上的电压是否在预定低公差带内，
以及，当所有所述输出端上的电压在所述相应的公差带内时，就确定所述功率输出级是正常的。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述窗口比较器是用模拟/数字转换器(20′)构成的，在所述控制装置(20)中将所述模拟/数字转换器(20′)的输出值相应地与所述预定中心公差带、预定高公差带和预定低公差带作比较。
8.如权利要求6或7之一所述的装置，其特征在于，所述至少一个半桥(7，8，9)的输出端(10，11，12)和所述工作电压通过分压器(22，23，24，25)与所述窗口比较器(20′)的输入端相连。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，配备了在所述上桥臂半导体开关和所述下桥臂半导体开关截止时使相应的输出电压处在所述预定中心公差带内的部件。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述部件是用第一电阻(26)构成的，所述第一电阻(26)连接在所述输出端(10)和所述工作电压之间，并且与所述分压器(23)一起在所述输出端(10)上形成在所述预定中心公差带内的电压。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，配备了至少两个半桥(7，8，9)，其中只有一个半桥配备了在所述上桥臂半导体开关和所述下桥臂半导体开关截止时使相应输出电压在所述预定中心公差带内的部件(26)。
12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，配备了至少两个半桥(7，8，9)，其中每个所述半桥都配备了在所述上桥臂半导体开关和所述下桥臂半导体开关截止时使相应的输出电压处在所述预定中心公差带内的部件。
13.如权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述工作电压的馈电线路上串联设置了可控开关(17)，且所述可控开关(17)与第二电阻并联连接，以及所述可控开关(17)由所述控制装置(20)控制。
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