CN111213317A - 电动机器的安全状态 - Google Patents

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Abstract

一种逆变器(110)，被配置成用于在具有第一电势和第二电势的电压源上控制电动机器(105)。在此，逆变器(110)包括：多个桥式电路，这些桥式电路各自包括第一电流阀(120)、第二电流阀(125)和用于所述电动机器(105)的端子；和用于接收用于电流阀(120，125)的单独的控制信号的第一接口(130)；以及用于捕获关断信号的第二接口(140)。每个第一电流阀(120)被配置成用于控制介于高电势与所指配的端子之间的电流，并且每个第二电流阀(125)被配置成用于控制介于所指配的端子与低电势之间的电流。关断装置(145)被配置成用于取决于关断信号而不取决于第一接口(130)处的信号来使得或者所有第一电流阀(120)、或者所有第二电流阀(125)闭合。

Description

电动机器的安全状态
技术领域
本发明涉及一种对电动机器的控制。尤其，本发明涉及使电动机器进入安全状态。
背景技术
可以借助于逆变器来控制电动机器(例如电动马达)的运动行为。为此，逆变器通常包括多个桥式电路，这些桥式电路各自包括两个电流阀(Stromventil)，这些电流阀可以以交替的方式被触发，以便在机器的所指配的端子处提供预先确定的电势。
为了关断电动机器，电流阀可以通过如下方式被触发，使得机器的电端子连接共同的电势并且使机器主动短路。于是，机器的动能可以被转换成电能并且电能藉由这种短路而被转换成热量，从而使机器能够快速地并且在无外部制动做功的情况下被制动。
当控制电流阀的控制设备有缺陷或不与电流阀相连时，则主动关断可能不可用。已经提出，在需要时将电流阀的控制端子经由适合的上拉电阻器或下拉电阻器连接固定的电势，以便即使在设备有缺陷时也可以引起主动短路。然而，通常并非取决于存在的故障来确定在需要时使得这些电流阀中的哪个电流阀闭合，因此尝试关断机器可能在给电流阀馈电的某个中间电路中引起短路。
发明内容
本发明的基本目的在于，给出一种用于关断以这种方式受控的电动机器的改进的技术。本发明借助于独立权利要求的主题来实现这个目的。从属权利要求给出优选的实施方式。
一种逆变器，被配置成用于在具有第一电势和第二电势的电压源上控制电动机器。在此，所述逆变器包括：多个桥式电路，所述多个桥式电路各自包括第一电流阀、第二电流阀和用于所述电动机器的端子；和用于接收用于所述电流阀的单独的控制信号的第一接口；以及用于捕获关断信号的第二接口。每个第一电流阀被配置成用于控制介于高电势与所指配的端子之间的电流，并且每个第二电流阀被配置成用于控制介于所指配的端子与低电势之间的电流。关断装置被配置成用于取决于所述关断信号而不取决于所述第一接口处的信号来使得或者所有第一电流阀、或者所有第二电流阀闭合。
关断装置可以动态地(例如取决于关断信号的类型)使得或者所有第一电流阀、或者所有第二电流阀闭合，以使电动机器进入安全状态。安全状态通常包括停止运转，其中电流不流经机器。即使控制设备(该控制设备尤其能够与第一接口相连接)无法无故障地工作或不存在控制设备，也可以借助于关断装置来控制安全状态。在一个实施方式中，可以区分两种不同的关断信号，其中一种信号使得所有第一电流阀闭合，而另一种信号使得所有第二电流阀闭合。关断信号可以被选择成使它们不能同时存在。例如，第一信号可以请求关断，而第二(二值)信号可以在第一电流阀与第二电流阀之间做出选择。
电动机器例如可以包括伺服马达或牵引马达并且尤其被配置成用于在机动车辆的车上使用。逆变器可以与关断装置集成地构造，从而对电动机器而言可以始终存在冗余的控制路径。关断装置可以包括电子电路并且可以与逆变器的另外的电子元件集成地构造。在一个实施方式中，关断装置还可以被实施为与电流阀集成，这些电流阀例如可以包括：场效应晶体管(FET)、尤其金属氧化物FET，或晶闸管或还有其他的半导体。
关断装置例如可以被实施为SiP(“System-in-Package”，系统级封装)。在此，无源器件和有源器件以及其他部件可以借助于微系统技术被制造成多个半导体芯片，并且这些半导体芯片可以借助于适合的构造技术或连接技术在壳体(称为IC封装)中联合。替代性地，关断装置还可以作为由多个半导体芯片制成的MCM(“Multi Chip Modul”，多芯片模块)被集成在共用的壳体中。在另一个实施方式中，关断装置还可以被实施为对用户专用的集成电路(“ASIC”)。
所述关断装置可以被配置成用于确定有缺陷的电流阀并且取决于确定结果来使得所述第一电流阀或所述第二电流阀闭合。由此不需要在外部确定须使得这些电流阀中的哪个电流阀闭合来控制安全状态。当应确定故障的外部功能部件本身出现功能性故障时，这是特别重要的。关断信号例如可以以由用户控制的方式来提供，并且确定应如何控制来采取安全状态可以自给自足地由逆变器来执行。
在第一变体中，所述关断装置被配置成用于在某个电流阀无法断开的情况下使得所有与这个电流阀对应的电流阀闭合。例如，如果第一电流阀是永远闭合的，那么仍可以通过使得所有其他第一电流阀闭合来控制主动短路。如果替代于此使得第二电流阀闭合，那么虽然会建立主动短路，但是同时会存在跨如下电势的短路，电动机器在正常操作中可以由这些电势馈电或电动机器在发电机操作中可以以这些电势馈电。
在第二变体中，所述关断装置被配置成用于在某个电流阀无法闭合的情况下闭合所有不与这个电流阀对应的电流阀。例如，如果第一电流阀是永远断开的，那么仍可以通过闭合所有第二电流阀来控制主动短路。在这种情况下，使得第一电流阀闭合仅可能具有较小的效果或者根本没有效果。
所述关断装置可以被配置成用于使在所述第一接口处的、用于使得电流阀闭合的控制信号失效。(＝＝>165的任务)由此可以避免使得不参与主动短路并且其闭合可能引起电势之间的短路的电流阀闭合。
所述关断装置还可以被配置成用于使在所述第一接口处的、用于使得电流阀断开的控制信号失效。(＝＝>165的任务)由此可以确保有待触发的主动短路包括所有彼此对应的电流阀，即所有第一电流阀或所有第二电流阀。因此可以提高主动短路的效率。
所述关断装置或其一部分可以被实现为固定接线的逻辑电路。由此可以获得高处理速度以及对于干扰的高抵抗性。此外，在设计阶段就可以对逻辑电路进行详尽的验证，从而之后的错误电路是非常不可能的。
所述逆变器可以包括三个桥式电路，其中所述逆变器优选地被配置成用于连接三相机电变换器。机电变换器一般可以包括作为马达或作为发电机操作的电动机器。机电变换器例如可以包括例如可以借助于场定向控制(FOS)进行控制的转动机器、尤其旋转场机器。电动机器可以包括异步机器(ASM)或永久励磁的同步机器(PSM)。
在另一个实施方式中，所述逆变器仅包括两个桥式电路；这种布置还已知为H桥。在此，电动机器可以包括直流马达、尤其是换向型的直流马达。
一种致动器，包括：在本文中描述的逆变器；电动机器；以及控制设备，所述控制设备被配置成用于控制所述电动机器的旋转行为。致动器例如可以用作集成的控制或牵引驱动装置、尤其在机动车辆的车上的集成的控制或牵引驱动装置。
一种用于控制电动机器的方法，所述电动机器借助于在本文中描述的逆变器在具有第一电势和第二电势的电压源上操作，所述方法包括以下步骤：捕获关断信号；以及不取决于所述第一接口处的信号来使得所有第一电流阀或所有第二电流阀闭合。在此可以确保：在第一种情况下仅闭合第一电流阀但不闭合第二电流阀，或者在第二种情况下闭合第二电流阀但不闭合第一电流阀。这种区别还已知为异或(XOR)。
附图说明
现在将参照附图对本发明进行更详细的描述，在附图中：
图1展示具有可控的电动机器的系统；并且
图2展示用于控制电动机器的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出具有可控的电动机器105和逆变器110的系统100。在本实施方式中，电动机器105包括三个端子并且尤其可以被实施为三相机电致动器。逆变器110相应地包括三个桥式电路115，这三个桥式电路各自包括第一电流阀120和第二电流阀125。桥式电路115可以在中间电路处藉由中间电路电容器180来操作，该中间电路电容器提供介于高电势与低电势之间的电压。中间电路例如可以包括电池128，该电池与桥式电路115的连接在图1中未展示。
优选地，电流阀120、125可以以半导体技术制造。第一电流阀120在此与高电势相连并且还可以被称为高侧开关，而第二电流阀125在此与低电势相连并且还可以被称为低侧开关。电流阀120、125的控制端子被单独地引到第一接口130。用于控制电动机器105的控制设备135可以与第一接口130相连接(未展示)。控制设备135尤其可以执行对电动机器105的场定向控制(FOS)或场定向调节(FOR)。
逆变器110还包括第二接口140，该第二接口与关断装置145相连接。在本实施方式中，第二接口140包括多种信号；而在另一个实施方式中，唯一的信号可能就足够了。关断装置145被配置成用于捕获在第二接口140处的关断信号，并且随后使电动机器105进入安全状态。为此，或者，关断装置145尤其可以使得第一电流阀120闭合，以在电动机器105上引起第一主动短路，其中电动机器105的端子与高电势相连；或者，关断装置145可以使得第二电流阀125闭合，以在电动机器105上引起第二主动短路，其中端子与低电势相连。
彼此对应的电流阀120、125可以各自借助于单独的第一驱动器150(这些第一驱动器如示出的作为链(Daisy Chain，菊花链)或者各自单独地与关断装置145连接)彼此连接或者借助于共用的驱动器155由关断装置145触发。示例性地，关断装置145或驱动器150、155和第一接口130借助于二极管160彼此解耦，以避免控制信号层面上的短路。其他的解决方案例如可以使用逻辑门、晶体管、MOSFET或电阻器。
开关器165经由第二接口140与关断装置145相连接，并且用于在出现功能性故障时使第一接口130失效或者通过将功能与第一接口130分离开来超越(überstimmung)第一接口130。
关断装置145可以接受多种关断信号。如果控制设备例如确定了故障状态，则可以由控制设备135提供一种关断信号。第二关断信号可以来源于电压监测器170，其中当在给桥式电路115馈电的中间电路电容器180处的中间电路的电压或者电压供应源128处的电压低于预先确定的值或高于另一个预先确定的值时，可以提供第二关断信号。在本实施方式中展示额外的、可选的控制连接，这些控制连接被设置成用于尤其与控制设备135交换信号或状态并且对应地被命名。
图2示出用于控制电动机器105的方法200的流程图，该电动机器借助于图1类型的逆变器110连接。可以完全地或部分地借助于逆变器110、尤其该逆变器的关断装置145来执行方法200。为此，关断装置可以包括可编程的微型计算机或微型控制器，并且方法200可以以具有程序编码媒介的计算机程序产品的形式存在。方法200的特征、选项或优点可以转移到逆变器110或关断装置145，并且反之亦然。
在第一步骤205中，可以确定故障状态。故障状态例如可以由控制设备135、电压监测器170或关断装置145来确定。无论如何都可以确定包括使电动机器105进入安全状态的请求的关断信号。
在可选的步骤210中，可以确定电流阀120、125的功能能力。尤其可以检验这些电流阀120、125是否有一个电流阀无法断开或无法闭合。基于确定结果，在步骤215中可以确定应通过使得第一电流阀120闭合还是通过使得第二电流阀125闭合来控制安全状态。如果电流阀120、125中的一个电流阀无法断开，则应使得所有对应的电流阀120、125闭合。如果电流阀120、125中的一个电流阀无法闭合，则应使得所有不对应的电流阀120、125闭合。如果所有电流阀120、125正常工作，则可以使用预先设定或者进行对第一电流阀120或对第二电流阀125的随机选择。如果在步骤205中确定的关断信号指明了应使得电流阀120、125中的哪个电流阀闭合以使机器105进入安全状态，则可以省略步骤210中的检验。在另一个实施方式中，检验的结果可以超越藉由关断信号接收到的请求。
在步骤220中，可以控制安全状态，其方式为使得先前确定的第一电流阀120或先前确定的第二电流阀125闭合。在一个实施方式中，使经由第一接口130提供的控制信号失效、被超越或被关断。此外可以向外提供指明触发了安全状态的信号。可选地，该信号包括闭合了哪个电流阀120、125的信息。尤其可以将该信号提供给控制设备135。
附图标记清单
100 系统
105 电动机器
110 逆变器
115 桥式电路
120 第一电流阀(高侧开关)
125 第二电流阀(低侧开关)
128 电压供应源(例如LDO)
130 第一接口
135 控制设备
140 第二接口
145 关断装置
150 第一驱动器
155 第二驱动器
160 二极管
165 开关器
170 电压监测器
180 中间电路电容器
200 方法
205 确定故障状态
210 确定电流阀的功能能力
215 确定主动短路
220 触发主动短路

Claims (10)

1.一种用于在具有第一电势和第二电势的电压源上控制电动机器(105)的逆变器(110)，其中所述逆变器(110)具有以下特征：
-多个桥式电路，所述多个桥式电路各自包括第一电流阀(120)、第二电流阀(125)和用于所述电动机器(105)的端子；以及
-用于接收用于所述电流阀(120，125)的单独的控制信号的第一接口(130)；
-其中每个第一电流阀(120)控制介于高电势与所指配的端子之间的电流，
-并且每个第二电流阀(125)控制介于所指配的端子与低电势之间的电流；
其特征在于，
-用于捕获关断信号的第二接口(140)；
-关断装置(145)，所述关断装置被配置成用于取决于所述关断信号而不取决于所述第一接口(130)处的信号来或者使得所有第一电流阀(120)闭合、或者使得所有第二电流阀(125)闭合。
2.根据权利要求1所述的逆变器(110)，其中所述关断装置(145)被配置成用于确定有缺陷的电流阀(120，125)并且取决于确定结果来使得所述第一电流阀(120)或所述第二电流阀(120)闭合。
3.根据权利要求2所述的逆变器(110)，其中所述关断装置(145)被配置成用于在某个电流阀(120，125)无法断开的情况下使得所有与这个电流阀(120，125)对应的电流阀(120，125)闭合。
4.根据权利要求2所述的逆变器(110)，其中所述关断装置(145)被配置成用于在某个电流阀(120，125)无法闭合的情况下使得所有不与这个电流阀(120，125)对应的电流阀(120，125)闭合。
5.根据前述权利要求之一所述的逆变器(110)，其中所述关断装置(145)被配置成用于使在所述第一接口(130)处的、用于使得电流阀(120，125)闭合的控制信号失效。
6.根据前述权利要求之一所述的逆变器(110)，其中所述关断装置(145)被配置成用于使在所述第一接口(130)处的、用于使得电流阀(120，125)断开的控制信号失效。
7.根据前述权利要求之一所述的逆变器(110)，其中所述关断装置(145)被实现为固定接线的逻辑电路。
8.根据前述权利要求之一所述的逆变器(110)，所述逆变器包括三个桥式电路，其中所述逆变器(110)被配置成用于连接三相机电变换器。
9.一种致动器，所述致动器包括根据前述权利要求之一所述的逆变器(110)、电动机器(105)和控制设备，所述控制设备被配置成用于控制所述电动机器(105)的旋转行为。
10.一种用于控制电动机器(105)的方法，所述电动机器借助于逆变器(110)以具有第一电势和第二电势的电压源来操作，其中所述逆变器(110)具有以下项：
-多个桥式电路，所述多个桥式电路各自包括第一电流阀(120)、第二电流阀(125)和用于所述电动机器(105)的端子；以及
-用于接收用于所述电流阀(120，125)的单独的控制信号的第一接口(130)；
-其中每个第一电流阀(120)控制介于高电势与所指配的端子之间的电流，
-并且每个第二电流阀(125)控制介于所指配的端子与低电势之间的电流；
并且所述方法包括以下步骤：
-捕获(205)关断信号；以及
-不取决于所述第一接口(130)处的信号来使得所有第一电流阀(120)或所有第二电流阀(125)闭合(220)。
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