CN105359411A - 用电器的控制 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制用电器(105)的设备(100)包括：用于提供控制电流的可控电流源(140)；开关装置(115)，其用于根据所述控制电流来控制负载电流；采样装置(145)，其用于确定所述电流源(140)的控制与经过所述开关装置(115)的电流的实现或中断之间的时间延迟。此外，设置处理装置(135)，其用于如果所述时间延迟位于一预确定的范围之外则确定所述电流源(140)是损坏的。

Description

用电器的控制
技术领域
本发明涉及一种用于控制用电器的技术。本发明尤其涉及在控制用电器中电流源的劣化(Degradation)的确定。
背景技术
为了控制用电器以能够实现负载和预确定的电势之间的电流，使用借助驱动电路控制的开关装置。为了小地保持余热并且高地保持电磁兼容性，可能的是，借助电流源而不借助电压源来控制用于控制负载电流的开关装置。如果激活电流源，则所述电流源给开关装置提供一预确定的控制电流，所述开关装置能够根据控制电流实现经过负载的电流。如果开关装置借助双极型晶体管构造，则可以根据控制电流模拟地控制电流，在具有场效应晶体管的实施方式中可以存在另一关系。
可能的是，电流源由于热负荷或者老化效应劣化，也就是说，由所述电流源提供的控制电流过大或过小。要担心的是，开关装置过负荷，从而所述开关装置可能损坏或者不足够地控制，从而所述开关装置过缓慢地实现或者完全不能实现经过负载的电流。在安全紧急的应用中，例如为了控制作为机动车中的转向辅助的电机，所述控制必须满足确定的可靠性要求和安全性要求。所述要求例如在相应于ISO26262的说明书ASIL(AutomotiveSafetyIntegrityLevel)中描述。
本发明的任务是，提供一种用于控制用电器的设备、一种用于确定所述设备中的电流源上的损坏的方法以及一种计算机程序产品，借助它们可以遵循或改善预给定的可靠性标准或安全性标准。本发明借助具有独立权利要求的特征的设备、方法和计算机程序产品来解决所述任务。从属权利要求描述优选实施方式。
发明内容
根据本发明的用于控制用电器的设备包括：用于提供控制电流的可控电流源；用于根据控制电流来控制负载电流的开关装置以及用于确定电流源的激活与经过开关装置的电流的实现或中断之间的时间延迟的采样装置。还设置有处理装置，所述处理装置设置用于，如果所述时间延迟位于预确定的范围之外则确定电流源是损坏的。
由此可能的是，提早地确定电流源劣化，即由于特别缓慢的变化或者效应所以电流源在其说明之外工作，其方式是，所提供的控制电流过大或过小。如果开关装置例如包括场效应晶体管，则必须在接通过程期间首先给栅极/源极电容充电，然后使米勒电容放电，最后给栅极/源极电容完全充电，以便能够实现场效应晶体管的完全导通。如果电流源提供过大的控制电流，则场效应晶体管可能在导通时损坏。如果所提供的控制电流过小，则所述导通可能延缓地实现或者不完全地实现。在两种情形中，与开关装置连接的负载的功能可能不能保证。因此，提早地确定电流源的劣化可以有助于已经提早识别出现的损坏，以便输出损坏信号或者采取适合的应对措施。由此，可以提高所述设备的可靠性和安全性。
控制电流的方向在此是任意的，也可以提供负的控制电流，从而电流源实际上作为负载运行。开关装置可以根据控制电流交替地实现或中断电流。以下，示例性地从具有正的控制电流以实现(接通)经过控制装置的电流的电流源的情形出发。
在一种变型方案中，也可以借助所述设备确定外部损坏，例如场效应晶体管的栅极和地电势之间的分流(Nebenschluss)或者与栅极连接的不正确的电容。
如果开关装置包括场效应晶体管，则采样装置可以设置用于确定场效应晶体管的栅极/源极电压。在栅极/源极电压上可以读取接通的程度或者接通过程的阶段。所述设备的集成的驱动器可以已经包括用于栅极/源极电压的采样装置或者处理装置，以便例如在运行中探测短接的开关装置。因此，已经存在的设备可以用于，通过所描述的时间延迟来确定电流源的控制电流。
在此，采样装置可以构造用于确定栅极/源极电压何时超过了场效应晶体管的平台电压。如果给场效应晶体管施加控制电流，则在场效应晶体管的米勒电容放电之前首先使栅极/源极电压增大不超过一特定的平台电压。
如果栅极/源极电压增大超过平台电压，则通常已经几乎能够实现经过开关装置的完全的电流。由此，可以实施实现电流的时刻的足够准确的确定。
如果开关装置包括场效应晶体管，则在一种替代的实施方式中采样装置可以设置用于确定场效应晶体管的漏极/源极电压。如果漏极/源极电压低于一预确定的阈值，则能够实现经过开关装置的电流。如果漏极/源极电压超过所述阈值，则可靠地中断经过开关装置的电流。漏极/源极电压与阈值的比较可以借助处理装置来实施。
在另一实施方式中，可以设置数字计数器，其用于计数电流源的控制与经过开关装置的电流的实现或中断之间的时钟信号的脉冲。数字计数器可以已经设置在集成的控制设备中，以便可以检查控制设备上的时间经过。因此，可以通过简单且有效的方式来确定时间延迟。
根据本发明的用于确定电流源上的损坏的方法，所述电流源用于给开关装置提供控制电流，所述方法包括控制电流源的步骤，直至经过开关装置的电流的实现或中断地检测时间延迟的步骤以及如果所述时间延迟位于预确定的范围之外则确定电流源是损坏的步骤。
如果时间延迟位于预确定的范围之下，则尤其可以确定电流源提供过大的控制电流。如果时间延迟位于预确定的范围之上，则能够以相应的方式确定电流源提供过小的控制电流。
根据本发明的计算机程序产品包括程序代码模块，其用于当所述计算机程序产品在处理装置上运行或者在计算机可读的数据载体上存储时实施所述方法。
附图说明
现在参照附图进一步描述本发明。附图示出：
图1：用于控制负载的设备的电路图；
图2：在图1的设备的开关装置上的时间经过；
图3：用于借助图1的设备来控制负载的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出用于控制负载105的设备100的电路图。尽管所提出的技术可以用于控制任意数量的开关装置115，但是在图1中示出的实施方式包括略微复杂的示例，所述示例包括三个半桥110，它们分别包括2个开关装置115，以便控制负载105，所述负载在此实施为以三角形连接的三相电机。所示出的开关装置115示例性地分别实施为N沟道场效应晶体管、尤其MOSFET。在图1中上方示出的第一开关装置115分别设置用于实现从第一电势120到负载105中的电流，而在下方示出的第二开关装置115分别设置用于实现从负载105到第二电势125的电流。第一开关装置115也称作高边开关，而第二开关装置115称作低边开关。在其他实施方式中，设置有用于实现经过负载105的电流的开关装置115的另一情况。
为了控制开关装置115，通常设置有驱动器130，所述驱动器可以与开关装置115和/或处理装置135集成地实施。由于清楚性，在图1中示出仅仅用于开关装置115的驱动器130的元件，能够以相应的方式来控制其他开关装置115。
为了提供用于开关装置115的控制电流，设置有电流源140。如果尤其通过处理装置135的控制来激活电流源140，则所述电流源给开关装置115提供控制电流，随后所述开关装置能够实现或中断到负载105中的或者来自负载105的所述电流。为了避免电势120和125之间的短路，要注意的是，半桥110的两个开关装置115不能同时实现电流。两个开关装置115的控制通常通过处理装置135实现，所述处理装置必须确保所述控制在时间上如此错开，使得不发生短路。在开关装置115在相应的控制电流方面延迟地接通或者关断之后，尽管如此可以同时激活电流源140的控制。
采样装置145设置用于，确定电流源140的控制与经过开关装置115的电流的实现或中断之间的时间延迟。在所示出的实施方式中，采样装置145包括用于开关装置115的栅极/源极电压的监视装置150。在另一替代方案中，替代地也可以借助监视装置150来监视开关装置115的漏极/源极电压。当所采样的电压超过了一预确定的阈值时，监视装置150提供所采样的电压或者信号。在栅极/源极电压的情形中，如随后进一步详细阐述的那样，所述阈值可以是开关装置115的平台电压。此外，采样装置145包括计数器155，所述计数器设置用于计数由时钟发生器160提供的时钟信号的脉冲。
计数器155如此与电流源140和监视装置150连接，使得当激活电流源140时开始脉冲的计数，而当监视装置150提供指示实现或中断经过开关装置115的电流的信号时结束脉冲的计数。随后，计数器155的计数器状态是电流源140的控制与经过开关装置115的电流的实现或中断之间的时间延迟的指示。所述延迟通常主要取决于开关装置115的输入电容、尤其栅极电容(如果涉及场效应晶体管)、开关装置115的接通阈值和通过电流源140提供的控制电流的电流强度。在主要中断最后所述的参数(对电流源140的老化影响和温度影响)之后，而其他参数通常保持恒定，可以根据所确定的时间延迟来确定电流源140的可能的劣化。
图2示出在图1的设备100的开关装置115上的时间经过。在水平方向上记录时间而在垂直方向上记录场效应晶体管的栅极/源极电压，开关装置115实施为所述场效应晶体管。当给开关装置115施加来自电流源140的正确的控制电流时，出现第一经过205。在时刻T0激活电流源140。从那里开始，栅极/源极电压基本上线性地增大直至时刻T3，在所述时刻T3栅极/源极电压达到平台电压220。在所述间隔期间，开关装置115的栅极/源极电容充电。在时刻T3与T4之间，开关装置115的米勒电容放电。在所述时间期间，栅极/源极电压不能超过平台电压220。随后，栅极/源极电压继续增大，而栅极/源极电容完成充电并且开关装置115完全接通。
如果电流源140的控制电流过大，则得到第二经过210。已经在时刻T1达到平台电压220并且在时刻T2再次离开；所述接通加速地实现。所述运行方式对于开关装置115是负荷的并且可能导致损坏，此外电磁波的辐射可能由此有利，从而所述设备可能不满足对于电磁兼容性(EMV)的要求。如果所提供的控制电流过小，则得到第三经过215。在此，所提供的控制电流过小。在时刻T5才达到平台电压220并且在时刻T6再次离开。由此，开关装置115的附加的负荷是有条件的。
如以上已经描述的那样，当栅极/源极电压超过平台电压220时，可以确定开关装置115能够实现或中断经过负载105的电流。电流源140的激活与经过开关装置115的电流的实现或中断之间的时间延迟在第一经过205(T4-T0)中、在第二经过210(T2-T0)中并且在第三经过215(T6-T0)中。现在，可以参照时刻T0说明以下时刻应当位于的时间范围225：在所述时刻栅极/源极电压超过平台电压220，以便将由电流源140提供的控制电流表示为正确。如果所述时刻位于范围225之前，则控制电流过高；如果所述时刻位于范围225之后，则控制电流过小。
图3示出用于借助图1的设备100来控制负载105的方法300的流程图。在步骤305中开始所述方法300。随后，尽可能同时实施步骤310和步骤315，在所述步骤310中开始计数器155，在所述步骤315中激活电流源140。随后，在步骤320中确定开关装置115是否实现或中断经过负载105的电流。如果开关装置115涉及场效应晶体管，则在第一变型方案中在步骤325中可以确定栅极/源极电压是否超过平台电压220。在第二变型方案中在步骤330中可以确定漏极/源极电压是否位于一预确定的的调节值之下。
如果符合所述条件中的一个，则在步骤335中停止计数器155。从计数器155向上计数出发，在步骤340中检查计数器状态是否超过上边界。如果是这种情形，则通过电流源140提供的控制电流过小并且在步骤345中确定电流源140的劣化。如果计数器状态位于上边界之下，则在步骤350中可以确定计数器状态是否位于下边界之下。如果是这种情形，则电流源140的控制电流过大并且在步骤345中同样确定电流源140的劣化。否则，计数器状态位于下边界与上边界之间并且在步骤355中确定电流源140没有劣化、即没有损坏。

Claims (9)

1.一种用于控制用电器(105)的设备(100)，其中，所述设备(100)包括以下：
用于提供控制电流的可控电流源(140)；
开关装置(115)，其用于根据所述控制电流来控制负载电流；
采样装置(145)，其用于确定所述电流源(140)的控制与经过所述开关装置(115)的电流的实现或中断之间的时间延迟；
其特征在于，
处理装置(135)，其用于如果所述时间延迟位于一预确定的范围(225)之外则确定所述电流源(140)是损坏的。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述开关装置(115)包括场效应晶体管并且所述采样装置(145)设置用于确定所述场效应晶体管的栅极/源极电压。
3.根据权利要求2所述的设备(100)，其中，所述采样装置(145)构造用于确定所述栅极/源极电压何时已经超过所述场效应晶体管的平台电压(220)。
4.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述开关装置(115)包括场效应晶体管并且所述采样装置(145)设置用于确定所述场效应晶体管的漏极/源极电压。
5.根据以上权利要求中任一项所述的设备(100)，所述设备还包括数字计数器(155)，所述数字计数器用于计数所述电流源(140)的控制与经过所述开关装置(115)的电流的实现或中断之间的时钟信号(160)的脉冲。
6.一种用于确定电流源(140)上的损坏的方法(300)，所述电流源用于给开关装置(115)提供控制电流，其中，所述方法(300)包括以下步骤：
控制(315)所述电流源；
检测(335)时间延迟，直至实现或中断经过所述开关装置(115)的电流；
如果所述时间延迟位于一预确定的范围(225)之外，则确定(345)所述电流源(140)是损坏的。
7.根据权利要求6所述的方法(300)，其中，如果所述时间延迟位于所述预确定的范围(225)之下，则确定所述电流源(140)提供过大的控制电流。
8.根据权利要求6或7所述的方法(300)，其中，如果所述时间延迟位于所述预确定的范围(225)之上，则确定所述电流源(140)提供过小的控制电流。
9.一种计算机程序产品，其具有程序代码模块，其用于当所述计算机程序产品在处理装置(135)上运行或者在计算机可读的数据载体上存储时实施根据以上权利要求中任一项所述的方法(300)。
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