CN102656473A - 用于校准驱动电路上的电压测量装置的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于校准电压测量装置、尤其是用于测量电机（2）用的驱动电路（3）的端电压的方法。其具有如下步骤：切换所述驱动电路（3），从而使得限定的第一电势、尤其是第一供电电势施加到端子接头上；在施加限定的第一电势时测量马达端子上的电压（U1，U2），以便获得第一电压数据，其中在施加限定的第一电势时第一电势数据通过测量经处理电路（8）处理的电压（U1_adc，U2_adc）来获得，所述电压通过尤其是在马达端子上存在的电压（U1，U2）的线性的映射而得出；切换所述驱动电路（3），从而使得限定的第二电势、尤其是第二供电电势施加到端子接头上；在施加第二电势时测量马达端子上的电压（U1，U2），以便获得第二电压数据，其中在施加限定的第二电势时第二电势数据通过测量经处理电路处理的电压（U1_adc，U2_adc）来获得，所述电压通过尤其是在马达端子上存在的电压（U1，U2）的线性的映射而得出；求得校正因数作为由第一电压数据和第二电压数据限定的直线的斜率，其中在所述马达端子上通过所述处理电路（8）测量的电压能够加载校正因数，以便获得实际的端电压。

Description

用于校准驱动电路上的电压测量装置的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于在测量驱动电路中、尤其是在用于运行电动机的驱动电路中的端电压的方法和设备。本发明尤其涉及对用于测量驱动电路中的端电压的电压测量装置的校准。

背景技术

马达系统通常除了具有电机之外也具有相应的驱动电路，以便触发尤其是具有多个功率级的电机。驱动电路通常包括两个或多于两个半桥电路，即所谓的逆变器电路，其基本上具有包括两个功率半导体开关的串联电路。中间端子位于所述功率半导体开关之间，所述中间端子与配属的马达端子连接。根据功率半导体开关的开关状态，使得中间端子或者与高供电电势连接或者与低供电电势连接。 

根据有待触发的电动机，对于电动机的运行来说需要检测马达端子上的端电压。这种端电压通常借助合适的处理电路（例如分压器或者类似器件）以及例如模数转换器的电压测量器进行检测并且将相应的电压数据输送给触发驱动电路的控制单元。确定的精度要求适用于检测端电压，其目前通过如下方式来满足：安装具有严格容许误差的部件、例如精确电阻以构造处理电路。然而使用这种精确部件是昂贵的，因为这些精确部件必须在选择过程中进行相应的挑选。

发明内容

因此本发明的任务在于，提供一种用于测量马达系统中的端电压的方法和设备，以便能够利用所述方法和设备精确地检测电机上的端电压，而无需为此设置用于处理电路的精确部件或者说具有严格容许误差的部件。

该任务通过根据权利要求1所述的用于校准电机用的端电压的电压测量装置的方法以及通过根据并列权利要求所述的设备和马达系统来解决。

其它有利的设计方案在从属权利要求中进行说明。

根据第一方面，规定了一种用于校准电压测量装置、尤其是用于测量电机用的驱动电路的端电压的方法。该方法包括如下步骤：

－切换所述驱动电路，从而使得限定的第一电势、尤其是第一供电电势施加到端子接头上；

－在施加限定的第一电势时测量马达端子上的电压，以便获得第一电压数据，其中在施加限定的第一电势时第一电势数据通过测量经处理电路处理的电压来获得，所述电压通过尤其是在马达端子上存在的电压的线性的映射而得出；

－切换所述驱动电路，从而使得限定的第二电势、尤其是第二供电电势施加到端子接头上；

－在施加第二电势时测量马达端子上的电压，以便获得第二电压数据，其中在施加限定的第二电势时第二电势数据通过测量经处理电路处理的电压来获得，所述电压通过尤其是在马达端子上存在的电压的线性的映射而得出；

－求得校正因数作为由第一电压数据和第二电压数据限定的直线的斜率，其中在所述马达端子上通过所述处理电路测量的电压能够加载校正因数，以便获得实际的端电压。

上述方法的思路在于，校准经过处理的电压，所述电压例如是通过分压器产生的。为此首先如此触发逆变器电路，从而使得马达端子与限定的第一电势连接，其中所述逆变器电路配属于应该在其上测量端电压的马达端子。产生的端电压于是通过处理电路被截取并且求得说明了经过处理的端电压的第一电压数据。端电压于是例如根据处理电路的映射、例如根据分压器的电阻比来划分。接着，如此触发逆变器电路，从而使得马达端子与限定的第二电势连接并且通过电压测量装置来检测相应的、经过处理的端电压。取决于第一电压数据和第二电压数据并且尤其是取决于限定的第一电势和限定的第二电势之间的差可以将每个所测量的端电压换算成实际的端电压。这可以通过以下方式来实施：将所测量的端电压线性地映射到实际的端电压上。为此求得传递函数的斜率作为线性相关的系数其中之一，所测量的电压必须借助该传递函数的斜率进行校准，以便获得实际的端电压。 

此外，限定的第一电势能够相当于第一供电电势，并且限定的第二电势能够相当于第二供电电势，并且其中供电电压能够相当于第一供电电势与第二供电电势之间的电势差，其中为了求得校正因数而测量供电电压，其中求得校正因数作为所述供电电压与所述第一供电电势同第二供电电势之差之间的比例。

根据另一种实施方式，可以由第一电压数据和第二电压数据确定偏移量，其中在马达端子上所测量的电压能够加载偏移量以便获得实际的端电压。

根据另一方面，规定了一种用于确定当前的端电压的方法。该方法包括如下步骤：

－测量在马达端子上的电压，以便获得电压数据；以及

－由电压数据并且由根据上述用于校准的方法求得的校正因数求得当前的端电压。

根据另一方面，规定了一种用于校准电压测量装置、尤其是用于测量电机用的驱动电路的端电压的设备。该设备包括：

－控制器，构造所述控制器，

     －以便针对第一测量触发驱动电路，从而使得限定的第一电势、尤其是第一供电电势施加到端子接头上；

     －以便针对第二测量触发驱动电路，从而使得限定的第二电势、尤其是第二供电电势施加到端子接头上；

－处理电路，以便修改通过端子接头上的电势所确定的电压，从而获得经过处理的端电压；

－测量单元，

     －以便在第一测量中测量在施加限定的第一电势时在马达端子上的经过处理的端电压，以便获得第一电压数据；

     －以便在第二测量中测量在施加限定的第二电势时在马达端子上的经过处理的端电压，以便获得第二电压数据；

其中构造所述控制器，以便求得校正因数作为由第一电压数据和第二电压数据限定的直线的斜率，其中能够通过校正因数在马达端子上加载所测量的电压，以便获得实际的端电压。

根据另一方面，规定了一种马达系统，其具有电机、控制器以及上述设备。

根据另一方面，规定了一种计算机程序产品，其包含计算机程序，当所述计算机程序在数据处理单元上运行时，实施上述方法。

附图说明

以下借助附图对优选的实施方式进行详细的解释。附图示出：

图1是具有用于测量端电压的设备的马达系统的示意图；以及

图2是用于说明用于校准电压测量装置的方法的流程图，所述电压测量装置用于测量电动机的马达端子上的端电压。

具体实施方式

图1示出了马达系统1的示意图，该马达系统具有作为电机的电动机2，通过驱动电路3电气地触发所述电动机。在本实施例中，驱动电路3具有两个半桥电路形式的逆变器电路4，所述逆变器电路分别具有包括两个功率半导体开关5的串联电路。所述功率半导体开关5例如根据应用和功率范围实施为功率MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor金属氧化层半导体场效晶体管）、晶闸管、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor绝缘栅双极型晶体管）或者类似器件。逆变器电路4与高供电电势V_H和低供电电势V_L连接。供电电压U_DC相当于高供电电势V_H与低供电电势V_L之间的差。

在图1所示的具有两个逆变器电路4的实施例中，第一逆变器电路4包括第一功率半导体开关5₁和第二功率半导体开关5₂，并而第二逆变器电路4具有第三功率半导体开关5₃和第四功率半导体开关5₄。所述功率半导体开关5通过相应的触发信号T1至T4由控制单元6来触发，从而使得功率半导体开关或者闭合（切换为导通）或者打开（切换为不导通）。功率半导体开关5的触发可以以已知的方式进行，例如通过脉冲宽度调制来进行，其中所述功率半导体开关5在逆变器电路4的中交替地闭合和打开。第一功率半导体开关5₁使电动机2与高供电电势V_H连接的持续时间确定了提供给电动机2的电功率，所述持续时间与触发循环的整个持续时间相比提供了占空比。

为了通过控制器6最优地触发逆变器电路4而有益的是：检测马达端子A、B上的端电压U1、U2并且将相应的电压数据提供给控制器6。端电压U1、U2被截取（abgreifen）并且被输送给相应的处理电路8（在此示例性地实施为分压器）。处理电路8提供相应的端电压的线性的映射（Abbild），其中为端电压U1、U2提供恒定的因数并且可选地提供偏移量（Offset）。相应的处理电路8提供经处理的端电压U1_adc、U2_adc。相应的处理电路8示例性地实施为分压器，为此其具有包括两个电阻9的串联电路，其中经过处理的端电压U1_adc、U2_adc在两个电阻9之间的中间点上被截取。分割比以已知方式由分压器8的电阻9的电阻值得出。经过处理的端电压U1_adc、U2_adc提供给控制器6的相应的模数转换器输入端。

控制器6包含一个或多个模数转换器，以便求得经过处理的端电压U1_adc、U2_adc的电压值。示例性地作为分压器进行描述，分压器8的电阻9确定了恒定的校正因数，围绕所述校正因数处理相应的端电压U1、U2。校正因数必须是已知的，然而与用于分压器8的电阻9的电阻值极为相关。

因为利用精确电阻实现分压器8是复杂的并且成本高昂的，所以现在提出：实施校准方法，利用该校准方法可以求得计算因数，利用计算因数可以由经过处理的端电压U1_adc、U2_adc求得实际端电压U1、U2。为此规定，借助另一个处理电路10检测供电电压UDC。这例如可以借助另一个分压器10来实施，从而使得经过处理的供电电压UDC_adc施加到控制器6上，以便在那里通过一个或多个配属的模数转换器11进行检测以测量存在的电压。控制器6由其它的分压器10的分割因数并且由经过处理的供电电压UDC_adc来求得在驱动电路3上存在的供电电压UDC。

在图2中示出了用于说明用于校准电压测量装置的方法的流程图，该电压测量装置用于测量在马达端子A、B上的端电压U1、U2其中之一。

首先在步骤S1中实施对供电电压UDC的电压测量。在接下来的步骤S2中将第一功率半导体开关5₁闭合（而第二功率半导体开关5₂保持打开），以便将高供电电势V_H施加到第一马达端子A上。在步骤S3中，在控制器6中测量得到的、经过处理的端电压U1_adc（U1＝UDC）。

作为接下来的步骤，在步骤S4中，在第一功率半导体开关5₁打开时第二功率半导体开关5₂借助第二触发信号T2来闭合，以便将低供电电势V_L施加到第一马达端子A上。接着在步骤S5中，测量在此情况下经过处理的端电压U1_adc（U1＝0）。只要已知两个平衡点（施加高供电电势V_H和低供电电势V_L），则在步骤S6中能够确定U1与U1_adc之间的线性相关的系数（线性因数，即直线的斜率：LF，偏移量：OF）。这适用：

其中线性因数LF：

以及偏移量OF：

线性因数在此相当于校正因数，其给出了在所测量的、经过处理的电压与实际的端电压之间的传递函数的斜率。偏移量相当于传递函数的常量的部分并且能够在一些情况下被忽略，处理电路8不应该具有如在分压器的示例性的实施方式中那样的偏移量。

因为在确定的运行条件下电流能够流入到电动机2中，所以在校准时必须考虑这种电流。在此情况下，在第一功率半导体开关5₁闭合时适用：U₁＝UDC－R₅₁×I，其中R₅₁表示第一功率半导体开关5₁的导通电阻。如果第二功率半导体开关5₂闭合，则适用U1－R₅₂×I，其中R₅₂是第二功率半导体开关5₂的导通电阻。通常适用：R₅₁＝R₅₂。 

类似于对第一端电压U1的测量以相应的方法来实施对第二端电压U2的测量，其中首先依次将第三功率半导体开关5₃闭合并且接着将第四功率半导体开关5₄闭合。

在图1所示的实施例中，而借助控制器6中的模数转换器来实现电压的测量以进行校准。替代地，能够在外部设置电压测量装置以进行校准，例如利用合适的电压测量装置并且据此求得相应的校正因数，所述校正因数在马达系统投入使用之前存储在控制器6中。以这种方式可以在没有精确测量初级电路8的部件、例如电阻9的情况下直接求得因数，各个所测量的经过处理的电压必须加载所述因数，以便求得相应的端电压U1、U2。

Claims (7)

1.一种用于校准电压测量装置、尤其是用于测量电机（2）用的驱动电路（3）的端电压的方法，其具有如下步骤：

－切换所述驱动电路（3），从而使得限定的第一电势、尤其是第一供电电势施加到端子接头上；

－在施加限定的第一电势时测量马达端子上的电压（U1，U2），以便获得第一电压数据，其中在施加限定的第一电势时第一电势数据通过测量经处理电路（8）处理的电压（U1_adc，U2_adc）来获得，所述电压通过尤其是在马达端子上存在的电压（U1，U2）的线性的映射而得出；

－切换所述驱动电路（3），从而使得限定的第二电势、尤其是第二供电电势施加到端子接头上；

－在施加第二电势时测量马达端子上的电压（U1，U2），以便获得第二电压数据，其中在施加限定的第二电势时第二电势数据通过测量经处理电路处理的电压（U1_adc，U2_adc）来获得，所述电压通过尤其是在马达端子上存在的电压（U1，U2）的线性的映射而得出；

－求得校正因数作为由第一电压数据和第二电压数据限定的直线的斜率，其中在所述马达端子上通过所述处理电路（8）测量的电压能够加载校正因数，以便获得实际的端电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其中限定的第一电势相当于第一供电电势（V_H），并且限定的第二电势相当于第二供电电势（V_L），并且其中供电电压（U_DC）相当于第一供电电势与第二供电电势（V_H，V_L）之间的电势差，其中为了求得校正因数而测量供电电压，其中求得校正因数作为所述供电电压（U_DC）与所述第一供电电势（V_H）同第二供电电势（V_L）之差之间的比例。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中此外由所述第一电压数据和第二电压数据求得偏移量，其中在马达端子上所测量的电压能够加载所述偏移量，以便获得实际的端电压。

4.一种用于确定当前的端电压的方法，其具有如下步骤：

－测量在马达端子上的电压，以便获得电压数据；

－由电压数据以及由根据按权利要求1至3中任一项所述的方法求得的校正因数求得当前的端电压。

5.用于校准电压测量装置、尤其是用于测量电机（2）用的驱动电路（3）的端电压的设备，所述设备包括：

－控制器（6），构造所述控制器，

     －以便针对第一测量触发驱动电路（3），从而使得限定的第一电势、尤其是第一供电电势施加到端子接头上；

     －以便针对第二测量触发驱动电路（3），从而使得限定的第二电势、尤其是第二供电电势施加到端子接头上；

－处理电路（8），以便修改通过端子接头上的电势所确定的电压（U1，U2），从而获得经过处理的端电压（U1_adc，U2_adc）；

－测量单元（11），

     －以便在第一测量中测量在施加限定的第一电势时在马达端子上的经过处理的端电压（U1_adc，U2_adc），以便获得第一电压数据；

     －以便在第二测量中测量在施加限定的第二电势时在马达端子上的经过处理的端电压（U1_adc，U2_adc），以便获得第二电压数据；

其中构造所述控制器（6），以便求得校正因数作为由第一电压数据和第二电压数据限定的直线的斜率，其中能够通过校正因数在马达端子上加载所测量的电压，以便获得实际的端电压。

6.马达系统，其具有电机（2）、控制器和根据权利要求5所述的设备。

7.计算机程序产品，其包含计算机程序，当所述计算机程序在数据处理单元上运行时，实施根据权利要求1至4中任一项所述的方法。

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