CN105409113B - 电动机控制器 - Google Patents

Abstract

用于电动机的控制器包括：保护电路，用于电流限制或用于反极性保护，其中，保护电路包括具有控制连接端的场效应晶体管。此外包括电路包括控制机构，用于提供用于控制连接端的控制电压，其中，在控制连接端上设有用于电荷存储的平滑电容器。

Description

电动机控制器

背景技术

在机动车上安装有多个不同的电动机。这种电动机可以驱动例如阀、活门、泵、通风装置、窗玻璃起落器、座位调节装置、雨刮器或者车载的其它元件。电动机配备有控制器，以便例如根据存在的要求来控制运行方向或旋转速度。经常地，控制器包括可编程的微计算机，其具有用于交换控制数据的数据接口。微计算机于是借助于功率电路来控制电动机。

为了保护控制器、电动机或供电网(在该供电网上运行有控制器和电动机)免于损坏，控制器可以包括一个或多个保护电路，如果确认存在故障状态，则这些保护电路限制或关断电流。例如，如果检测到控制器或电动机的供给电压具有错误的极性，则能够关断通过电动机的电流。在另一实施形式中，保护电路可以设置用于，限制通过电动机的电流，特别是在起动阶段期间。

这种保护电路包括具有控制连接端的场效应晶体管。为了接通该场效应晶体管，控制连接端上的电压必须超过预定的台阶电压。如果至少存在台阶电压，那么漏电流从控制连接端流经场效应晶体管，从而需要确定的功率，以便保持控制连接端超过台阶电压。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种控制器、一种方法以及一种计算机程序产品，以便能实现控制器的节省电流的运行。本发明借助于具有独立权利要求所述特征的控制器、方法以及计算机程序产品来解决该任务。从属权利要求描述优选实施形式。

按照本发明用于电动机的控制器包括：保护电路，用于电流限制或者用于反极性保护，其中，保护电路包括具有控制连接端的场效应晶体管。此外，保护电路包括控制机构，用于提供控制连接端用的控制电压，其中，在控制连接端上设有用于电荷存储的平滑电容器。

由此可能的是，周期地给平滑电容器充电，以将控制电压保持为如下值：该值能实现通过场效应晶体管的电流。与通常的方法(在通常的方法中，在没有平滑电容器的情况下，控制机构必须将控制电压连续保持在预定电压以上)相比，通过平滑电容器的周期充电可以减小成能实现通过场效应晶体管的受控的电流所需要的功率。控制器可以由此接收减小的电流。特别是当控制器在车载应用时，节省的电能可以有助于节省燃料并且有助于降低有害物质排放。与已知的解决方案相比，本发明的控制器仅仅需要少量附加的结构元件并且能够简单、快速并且紧凑地构成。在此，控制器可以与多个电动机相结合应用，这些多个电动机车载安装。由此总体上可节省的电能可以因此累加到一个显著的值。

在一个实施形式中，控制机构设置用于，借助于脉宽调制来驱控平滑电容器，以将控制连接端上的电压保持在预定值以上。脉宽调制信号可以例如通过数字式驱控电路以较小的成本提供。在此，脉宽占空比和调制频率可以非常准确地如此控制，使得控制连接端上的电压尽可能紧接近地位于预定值以上，以便能实现电能的最大节省。

在一个实施形式中，在控制机构与控制连接端之间设有导通二极管(Durchlassdiode)，以便阻止平滑电容器在脉宽调制的时间段期间放电。由此可以确保：在平滑电容器中在第一时间段期间积聚的电能在第二时间段期间不朝着控制机构回流。电能的节省可以由此进一步提高。导通二极管可以在一个实施形式中被控制机构包括。

在第一变型中，保护电路包括反极性保护，并且，场效应晶体管装入到供电网的馈电线中。反极性保护通常对于车载的控制器和电动机而言是需要的，以避免通过错误极性所导致的物品和人员损伤。

在另一变型中，该变型可与上述变型相组合，保护电路包括接通-电流限制，其中，场效应晶体管与中间电路电容器串联地与供电网连接。电动机的接通电流可以是其持续电流的多倍。为了降低供电网的负载，中间电路电容器可以在起动期间放电到电动机中。然而，如果控制器与供电网相连接并且中间电路电容器充电，那么大电流可以流过。通过设定保护电路以限制流入中间电路电容器中的电流可以阻止：缩短本装置与供电网间连接用的开关元件的使用寿命。

在一个实施形式中，电动机设置用于，仅仅运行对于控制器被供电的时间而言的一小部分时间。这种电动机也称为短转子参照控制器在电压下的时间，该电动机运行时间通常是大约10％或更少。在车载上可以应用多个这种短转子，该短转子在机动车运行的大多数时间期间处于静止状态。通常，在静止状态时间期间也给控制器供电。通过应用所述控制器能够在电动机静止状态时间期间降低静止电流消耗。整个机动车能够由此借助少量电能以已知的方式运行。

按照本发明在所述控制器中用于控制保护功能的方法包括以下步骤：检测不存在故障状态；提供脉宽调制电压给场效应晶体管的控制连接端。在此，脉宽调制电压的占空比如此选择，使得控制连接端上的电压保持在预定值以上。

在场效应晶体管的控制连接端上的脉宽调制电压的产生能够特别是借助于可编程的微计算机容易地实施。如果可能，呈可编程的计数器或时钟形式的相应的外围设备能够被可编程的微计算机或控制机构已经包括并且能够用于生成脉宽调制电压。

在一个实施形式中，占空比根据平滑电容器的电容和场效应晶体管的漏电流来选择。因此可以应用预定占空比，以便容易地确保：在场效应晶体管的控制连接端上的电压可靠地超过预定值。占空比的进一步确定或控制在本方法的框架内于是不再必要。

在另一实施形式中，如果已检测到故障状态，则减小脉宽调制电压。在此，脉宽调制电压的占空比或频率可以类似地或者以多个预定步骤如此调适，使得减小的电流还能够流经场效应晶体管。对此备选地，也能够关断控制连接端上的电压，从而场效应晶体管截止。

按照本发明的计算机程序产品包括程序代码器件，用于当该计算机程序产品在处理机构上运行或在计算机可读的数据载体上存储时执行本方法。

附图说明

本发明现在依照附图更准确地描述。附图示出：

图1：电动机用的控制器的电路图；

图2：在图1的控制器上的电压的时间曲线；以及

图3：在图1的控制器中的用于控制保护功能的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出电动机105用的控制器100。控制器100设置用于，使电动机105根据控制信号在供电网110上运行。为了接收控制信号并且如果可能为了反向传送数据可以设有接口115。

控制器100包括控制机构120，在这里示出的实施形式中，该控制机构包括：特别是以可编程微计算机形式的优选数字式处理机构125、以及功率电路130。除了接口115之外，处理机构125可以包括：用于提供恒定的时钟信号的时钟发生器135、或者可编程的计数器或时钟140。在一个示出的示例性的实施形式中，处理机构125将方向信号和脉宽调制速度传送至功率电路130，以引起电动机105的期望的旋转方向和速度。在一个实施形式中，可以将诊断信息从功率电路130传送回到处理机构125。

以示例性的方式作为全桥示出的电桥电路145根据功率电路130的预设而将电动机105与供给电压相连接，该供给电压基本上来自供电网110。

此外设有可选择的第一和可选择的第二保护电路150。在图1中上述的保护电路150包括场效应晶体管155，该场效应晶体管在此实施为n通道MOSFET。场效应晶体管155沿向前方向安装，即，电流即使在场效应晶体管155关断的情况下也流通；通过接通该场效应晶体管155使其安装的空载二极管桥接。第一保护电路150因此实现反极性保护。在场效应晶体管155的控制连接端160与供电网110的连接端之间设有平滑电容器165。在控制机构120与保护电路150的场效应晶体管155的控制连接端160之间设有可选择的导通二极管170。在一个实施形式中，导通二极管170由控制机构120包括。根据场效应晶体管155的实施方案，导通二极管170如此极化，使得：如果控制机构120的电压具有相应的极性，那么该导通二极管允许平滑电容器165充电；但是，如果控制机构120的电压具有相反的极性，那么该导通二极管阻止平滑电容器165放电。

控制机构120设置用于，借助于脉宽调制信号如此驱控所述保护电路150，使得在控制连接端160上形成控制电压，该控制电压处于预定值(所谓的台阶电压，Plateauspannung)以上，该控制电压典型地处于大约7V。通过脉宽调制信号使平滑电容器165周期地充电，并且，通过场效应晶体管155的漏电而永久放电。脉宽调制信号的调制频率和占空比如此选择，使得充电脉冲通过该时间基本上补偿了所述放电，从而在控制输入端160上的控制电压足够高，以便能够实现电流流经场效应晶体管155。

在图1中的右部示出的保护电路150包括与上述另一保护电路150相同的结构元件，并且，该保护电路150实现了接通-电流限制。接通-电流限制可以用于延长继电器在车辆中的使用寿命，该继电器给控制器100供电。这种继电器在多种车辆中以名称KL15继电器使用。在该继电器的每个接通过程中，在不使用接通-电流限制的情况下，高充电电流流入中间电路电容器175，该中间电路电容器给继电器大幅加载。

如果继电器闭合而给控制器100供电，那么MOSFET 155截止，并且，中间电路电容器175仅仅通过限流电阻180与车载电网相连接。仅仅低的充电电流流入中间电路电容器175，从而该中间电路电容器缓慢地充电。在继电器闭合之后预定的充电时间之后，控制器100激活了图1中的右部示出的场效应晶体管155的控制连接端160上的电压。只要继电器闭合，则中间电路电容器175与车载电网低欧姆地连接，而没有高充电电流流经。在中间电路电容器175充电之后可以接通电动机105。

图2示出图1的控制器100上电压的时间曲线200。在竖直方向上表示电压，在水平方向上表示时间。第一曲线205示出脉宽调制信号，控制机构120将该脉宽调制信号输出至所述保护电路150之一，而第二曲线210示出控制电压，该控制电压在相应场效应晶体管155的控制连接端160上形成。

通过商业上通用的场效应晶体管155和具有大约1μF电容的平滑电容器165使第二曲线210可以持久地处于大约10V电压以上，如果第一曲线周期地在大约3毫秒的第一持续时间T1期间提供正向电压脉冲，并且，随后在大约100毫秒的第二持续时间T2期间保持为低电压水平。图1的控制器100的示例性实现的电流消耗在该条件下是大约5.5毫安。相对于不应用平滑电容器165并且场效应晶体管155以恒定的信号来驱控这样的实施形式而言，这相当于节省了大约6.5毫安的电流。

图3示出用于图1的控制器100中控制保护功能的方法300的流程图。方法300特别是设置用于控制机构120上的流程。方法300的第一部分在步骤305中开始，在该步骤中扫描流经电动机105的电流。在随后步骤310中检查：扫描的电流是否大于预定阈值。如果是，那么确定了存在故障情况，并且，在步骤315中，信号(该信号控制了图1中的右部的保护电路150)的脉宽占空比这样变化，使得仅仅降低的或者甚至不再有电流能够流经场效应晶体管155。然而，如果在步骤310中确定了预定电流小于预定阈值，那么在步骤320中如此设置脉宽占空比，使得电流能够不受阻碍地流经场效应晶体管155。紧接着，该方法从步骤315或320之一返回至步骤305。

方法300的第二部分在步骤325中开始，在该步骤中确定了控制器100与供电网110连接的极性是否逆转，即是否存在反极性。如果是，那么本方法以步骤315继续，否则以步骤320继续，如上所述。然后，本方法300从步骤315或320返回至步骤325。

方法300的第一部分涉及到图1中的右部示出的保护电路150，第二部分涉及到上述保护电路150。如果仅仅设有所述保护电路150的一个保护电路，那么可以省去配属于方法300的仅这个部分的部分。本方法的上述两个部分也可以相互集成或者交织地执行，其中，步骤305和325能够以固定顺序或者能够相互独立地实施。在又一实施形式中，方法300的上述两个部分完全相互独立地进行。

Claims (8)

1.一种用于电动机的控制器(100)，包括以下元件：

-保护电路(150)，用于电流限制或者用于反极性保护；

-其中，所述保护电路(150)包括具有控制连接端(160)和源极的常截止式的n通道场效应晶体管(155)；

-控制机构(120)，用于提供所述控制连接端(160)用的控制电压，其特征在于，

-在所述控制连接端(160)和所述源极之间设有平滑电容器(165)，用于储存电荷，

-其中，所述控制机构(120)设置用于，借助于脉宽调制来驱控所述平滑电容器(165)，以将所述控制连接端(160)上的电压保持在预定值以上。

2.根据权利要求1所述的控制器(100)，其中，在所述控制机构(120)与所述控制连接端(160)之间设有导通二极管(170)，以便阻止所述平滑电容器(165)在所述脉宽调制的时间段(t2)期间放电。

3.根据权利要求1或2所述的控制器(100)，其中，所述保护电路(150)包括反极性保护功能，并且，所述场效应晶体管(155)装入所述电动机到供给电压装置(110)的馈电线中。

4.根据权利要求1或2所述的控制器(100)，其中，所述保护电路(150)包括接通-电流限制功能，并且，所述场效应晶体管(155)与中间电路电容器(175)串联地与供电网(110)连接。

5.根据权利要求1或2所述的控制器(100)，其中，所述电动机(105)设置用于，仅仅运行对于所述控制器被供给电压的时间而言的一小部分时间。

6.一种用于控制根据上述权利要求之一所述的控制器(100)中的保护功能的方法(300)，包括以下步骤：

-检测(310)不存在故障状态；

-提供(320)脉宽调制电压给场效应晶体管(155)的控制连接端(160)；

-其中，所述脉宽调制电压的占空比选定为：使所述控制连接端(160)上的电压(210)保持在预定值以上。

7.根据权利要求6所述的方法(300)，其中，所述占空比根据所述平滑电容器(165)的电容以及根据所述场效应晶体管(155)的漏电流来选定。

8.根据权利要求6或7所述的方法(300)，其中，如果已检测到故障状态，那么减小(315)脉宽调制电压。