CN103872956B - H桥电路模块中的多个半桥的并联电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及H桥电路模块中的多个半桥的并联电路。公开了用于为机动车中的机组（200）供应电流的电路装置（100），所述电路装置具有至少两个分别具有两个晶体管的并联的半桥（111，112；121，122），其中至少两个半桥（111，112；121，122）中的每一个被集成在H桥电路模块（110，120）中，所述H桥电路模块具有被集成的计算单元（113，123），所述计算单元被设置用于按照激活信号激活或去激活被集成的半桥（111，112；121，122）的有源的空转。

Description

H桥电路模块中的多个半桥的并联电路

技术领域

本发明涉及电路装置以及用于运行这样的电路装置的方法。

背景技术

在机动车中将H桥晶体管电路用于不同的目的。由于相对恶劣的环境条件（炎热、温度波动、湿度等等），为此例如为了控制特别是在传动系（例如节流阀控制、废气再循环系统、可变的阀门控制、具有可变的几何形状的涡轮增压器）范围内的直流电动机大多使用整体集成的电路（在下面被称为H桥IC、H桥电路模块或H桥），这些电路除了一些具有电路晶体管的半桥之外还具有内部的控制和监控功能、特别是内部的电流限制以及自动的有源的空转。

内部的电流限制导致，由H桥的半桥为所连接的组件提供的电流自动地（大多通过高侧晶体管的内部的PWM控制）被限制在一个确定的值。在有源的空转的情况下，在无源相中（高侧晶体管关断）内部的空转二极管通过低侧晶体管的接通而被桥接。这减少损耗功率。H桥IC为了提供这些功能而包括内部的计算单元，该计算单元也可以拥有接口、例如总线接口（例如SPI总线）。通过该接口可以实现H桥IC的配置和控制并且数据可以被读出。

然而，H桥IC的“智能”结构造成困难，因为来自这样的H桥IC的半桥不能被并联（输入和输出并联），因为例如当在过电流情况下不是所有的半桥都同步地（即同时接通和关断）处于电流限制中时，在此可能在各个半桥之间产生不受欢迎地大的漏电流。

然而，在确定的情况下，例如在高电流和/或高温度的情况下，值得期望的是，并行地运行两个或更多个这样的半桥。恰巧在机动车中部分地出现很高的温度。环境温度越高，这些半桥就可以为所连接的机组（Aggregat）提供越少的功率。因为此外在半桥中可转化的损耗功率通过整体的结构被限制，所以在所连接的机组的高的电流需求的情况下或在高的环境温度的情况下使用该H桥IC时有利的是，两个或更多个半桥并联。

发明内容

根据本发明提出具有独立权利要求的特征的电路装置以及用于运行这样的电路装置的方法。有利的扩展方案是从属权利要求以及随后的描述的主题。

本发明利用以下认识，即当在过电流情况下不是所有的半桥都同步地处于电流限制中时，因此来自H桥IC的两个半桥的并联基本上导致不期望的漏电流，因为由于自动的有源的空转，在电流限制中的半桥的低侧晶体管被接通并且因此与没有电流限制的并行的半桥的高侧晶体管形成短路。因此，并联电路已经通过阻止有源的空转变得可能。

本发明描述一种在机动车中并行地运行的智能H桥IC的两个或更多个半桥的可能性。然而在此获得在H桥IC中存在的控制和监控功能。

在并联的H桥中产生的损耗功率被保持为很小。

在本发明的范围内，H桥IC被提出并被使用，在这些H桥IC中存在选择性地去激活有源的空转的可能性。由此也在内部的电流限制中的两个或更多个半桥的并行运行变得可能。去激活可能性可以通过H桥IC的内部的计算单元的相应配置、例如通过配置寄存器的写、例如经由SPI总线来实现。

本发明导致更低的（平均的）电子温度和改进的效率。针对瞬时的功率峰值的可能的温度升程（Temperatur-Hub）被提高。（平均的）系统动力（System-Dynamik）被改进并且应用也在高的环境温度下变得更稳健。通过提高的功率峰值，所连接的机组、例如节流阀同样可以以提高的动力来运行。这再次对总的系统动力产生积极的作用。

典型的H桥IC包括分别具有中间抽头端子的两个或更多个半桥，其中要供应的机组被连接在两个中间抽头端子之间或在一个中间抽头端子和地之间。在半桥的并联电路中现在一个半桥与一个或更多的半桥并联。有利地，要供应的机组也可以被连接在两个H桥IC之间，在所述H桥IC中分别有至少两个半桥被并联。

优选地，如果至少一个并联的第二半桥处于电流限制中，那么仅第一半桥的有源的空转被去激活。

有利地，所有并联的半桥的有源的空转根据要提供给所连接的机组的电流被激活或去激活。这减少损耗功率，该损耗功率由去激活的有源的空转引起。

优选地，有源的空转是在外部可激活的和可去激活的，为此适宜地在至少一个H桥IC处设置相应的输入端。该输入端可以单独地或在总线接口（例如SPI）的范围内被实现。激活/去激活例如可以通过内部的配置寄存器的置位/删除来实现。有源的空转的激活和去激活于是优选地通过上一级的单元、优选地微计算机或控制设备来实现。

根据一种优选实施方式，可以在一种运行模式下、特别是在向所连接的机组进行小的所要求的功率输出（“节能模式”）的情况下，除了一个半桥之外，所有并联的半桥全部被切断，使得少的功率输出由这一个半桥单独地并且因此最佳地实现。在较大的所要求的功率输出（功率模式）的情况下，在另一种运行模式下具有随后被去激活的有源的空转的其他半桥并行地被激活。在这两种运行模式之间的合适的过渡值或阀值依赖于应用或依赖于机组。该值例如可以事先被计算或根据发生的损耗功率被测出。该过渡值适宜地被存储在上一级的单元中。

优选地，半桥是在外部可激活的和可去激活的，为此适宜地在至少一个H桥IC处设置相应的输入端。该输入端可以单独地或在总线接口（例如SPI）的范围内被实现。激活/去激活例如可以通过内部的配置寄存器的置位/删除来实现。

根据本发明的计算单元、例如机动车的控制设备特别是以程序技术的方式被设置用于执行根据本发明的方法。

该方法以软件形式的实施也是有利的，因为特别是当执行的控制设备还被用于其他的任务并且因此总归存在时，这导致特别少的成本。用于提供计算机程序的合适的数据载体特别是软盘、硬盘、闪存、EEPROM、CD-ROM、DVD等等。程序通过计算机网络（因特网、内联网等）的下载也是可以的。

本发明的其他的优点和扩展方案从说明书和附图中得出。

易于理解的是，前述的和随后还要阐明的特征不仅能够以分别被说明的组合、而且也能够以其他的组合或单独地被使用，而不脱离本发明的范围。

附图说明

本发明借助实施例在附图中被示意性地示出并且在下面参考附图详细地被描述。

图1示出用于机组的电流供应的根据本发明的电路装置的优选实施方式。

图2示出在机组运行时在晶体管的空转二极管处的损耗功率。

具体实施方式

在图1中以电路图的方式示出用于机组200的电流供应的根据本发明的电路装置100的优选实施方式。该机组200在此作为机动车的电节流阀装置的电驱动器（具有传动装置的直流电动机M）被构造。该电路装置100也是电节流阀装置的组成部分。该节流阀装置在汽油电动机中在进气部分（Einlasstrakt）中调整供气。该节流阀装置包括具有电驱动器和具有角度传感器的节流阀。

电动机控制设备10根据加速踏板位置以及其他来计算节流阀的所需的开口。该直流电动机通过传动装置调节节流阀轴并且因此对空气量进行计量。利用空气的精准的定量，该节流阀装置控制从电动机给出的转矩并因此控制功率。

电路装置100包括两个相同的H桥电路模块或IC 110、120，其分别具有两个半桥111、112或121、122。此外，每个H桥IC 110、120还具有计算单元113、123，该计算单元被设置用于控制半桥的晶体管。该计算单元按照施加到控制端子114、114′、115、115′、116、116′或124、124′、125、125′、126、126′上的信号来控制半桥的晶体管。每个H桥IC 110、120针对每个半桥具有一个端子（在图中没有′的附图标记和具有′的附图标记），在本实例中因此总是具有两个端子。每个晶体管并联有一个空转二极管。在此可以涉及本征空转二极管（例如在MOS晶体管的情况下）或单独的元件（例如在IGBT的情况下）。

端子114、114′或124、124′可以涉及例如用于开关时间的预先规定的控制输入端，端子115、115′或125、125′可以涉及用于允许的最高电流的预先规定的电流限制输入端，以及端子116、116′或126、126′可以涉及用于在H桥IC 110或120中去激活有源的空转的空转输入端。这些端子与电动机控制设备10连接，该电动机控制设备在本发明的范围内被设置用于以符合需求的方式来控制电路装置。

此外，每个H桥IC 110、120针对每个半桥具有一个输出端子119、119′或129、129′作为两个晶体管之间的中间抽头端子，要供应的机组应被连接到所述中间抽头端子上。

在所示出的电路装置中两个半桥111和112或121和122分别并联，使得它们的控制端子和输出端子并联。电节流阀装置200因此被连接在一侧的输出端子119、119′和另一侧的输出端子129、129′之间。

每个H桥IC 110、120还具有用于电流供应的供应端子117、118或127、128，所述供应端子与机动车的车载电网连接。

电动机控制设备10被设置用于控制电路装置100。根据一种优选实施方式，在向电节流阀装置200的小的所要求的功率输出（“节能模式”）的情况下，并联的半桥112和122可以被切断（例如借助控制时间设置为0；在此可以规定，不是所有的控制端子都被并联，使得单独的半桥可以不运行），使得仅通过半桥111和121实现少的功率输出。在较大的所要求的功率输出（功率模式）的情况下，半桥112和122并行地被激活并且半桥的有源的空转被去激活。在节能模式和功率模式之间的功率阈值可以根据应用被确定。例如在图2中描绘了在运行示例性的电节流阀装置时依赖于PWM控制信号的在晶体管的空转二极管处的损耗功率。PWM＝100％意味着半桥的高侧晶体管持续接通。

曲线图301表示在电节流阀装置的直流电动机M两侧的各两个并联的半桥的损耗功率，曲线图302表示在电节流阀装置的直流电动机M两侧的仅各一个半桥的损耗功率。清楚地看到，两个曲线图在303处相交。对于小于303的PWM，损耗功率302较小（即在此适宜地仅运行一个半桥，“节能模式”），对于大于303的PWM，损耗功率301较小（即在此适宜地并行地运行两个半桥，“功率模式”）。

Claims (12)

1.用于为机动车中的机组（200）供应电流的电路装置（100），要供应的所述机组连接在两个H桥电路模块（110，120）之间，在所述H桥电路模块中分别有至少两个分别具有两个晶体管的半桥（111，112；121，122）被并联，其中所述两个H桥电路模块（110，120）中的每一个具有被集成的计算单元（113，123），所述计算单元被设置用于按照激活信号激活或去激活被集成的半桥（111，112；121，122）的有源的空转。

2.根据权利要求1所述的电路装置（100），其中被集成的计算单元（113，123）被设置用于能够限制通过被集成的半桥（111，112；121，122）的电流。

3.根据权利要求1或2所述的电路装置（100），其中所述机组（200）具有两个供应端子，这两个供应端子中的每一个分别与所述两个H桥电路模块（110，120）的中间抽头端子（119，119′；129，129′）电连接。

4.根据权利要求1或2所述的电路装置（100），其中H桥电路模块（110，120）具有用于在外部激活和去激活被集成的半桥的有源的空转的端子（116，116′，126，126′）。

5.根据权利要求1或2所述的电路装置（100），其中所述机组（200）是直流机组。

6.根据权利要求1或2所述的电路装置（100），其中所述机组（200）是直流电动机。

7.用于运行根据上述权利要求之一所述的电路装置（100）的方法，其中在第一运行模式中将所述两个H桥电路模块（110，120）中的每一个的至少两个并联的半桥（111，112；121，122）用于供应机组（200），并且去激活至少两个半桥（111，112；121，122）的有源的空转。

8.根据权利要求7所述的方法，其中在第二运行模式中仅将所述两个H桥电路模块（110，120）中的每一个的至少两个并联的半桥（111，112；121，122）之一用于供应机组（200）。

9.根据权利要求8所述的方法，其中至少两个半桥（111，112；121，122）之一的有源的空转不被去激活。

10.根据权利要求7、8或9所述的方法，其中第一或第二运行模式根据在至少两个并联的半桥（111，112；121，122）处的损耗功率被预先给定。

11.电动机控制设备（10），该电动机控制设备被设置用于执行根据上述方法权利要求之一所述的方法。

12.计算机可读介质，具有被存储在其上的程序代码，当所述程序代码在计算机上被实施时，所述程序代码促使所述计算机执行根据权利要求7到10之一所述的方法。