CN111713003A - 用于操控电机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于经由换流器操控电机的方法，所述换流器包括多个开关(102，104)，其中开关(102，104)由驱动器电路(106)操控，借助评估单元(110)监控换流器的电变量，以便识别是否超过阈值，评估单元(110)输出输出信号(134)，所述输出信号载有电变量的信息，并且其中评估单元(110)的输出信号(134)直接地作用于换流器的开关(102，104)，使得在识别到超出该电变量的阈值时采取对策。

Description

用于操控电机的方法

技术领域

本发明涉及用于操控电机的方法和设备。

背景技术

将所谓的换流器或逆变器用于操控电机，需对所述电机供应被设置有交变变量或提供这种交变变量，所述电机例如是同步电机或异步电机，所述换流器或逆变器设定对于操控电机所需的电流。逆变器是如下电学设备，所述电学设备将直流电流转换为交流电流或将交流电流转换为直流电流。这种换流器通常尤其使用在如下机动车中，在所述机动车中在许多情况下仅提供一个电学直流变量。

机动车中的经由换流器主动操控的电机通常具有过电压保护装置，该过电压保护装置应将换流器的中间电路电压限制在最大值。中间电路根据定义是两个换流器之间的能量存储器。在换流器中，能量存储器同样称作为中间电路。

具有相应的过电压保护功能的这种电机以各种电压水平在机动车中使用。在此，尤其在最大工作电压为54V的48V车载电网中，对于具有换流器的电机而言，由于6V的间距小，存在能够在故障情况下遵守60V的接触保护电压的技术要求。

车载电网尤其在汽车使用中应理解为机动车中所有电子部件的整体。因此，其不仅包括用电器，也还包括供电源，即例如发电机或电存储器，例如电池。在机动车中，需注意的是，使电能可用，以致于机动车能够随时启动并且在运行期间确保充足的电供应。但是，即使在停止的状态下，用电器仍应能够运行合理的时间段，而不损害后续启动。同时必须确保，车载电网电压不超过最大值，因为否则会损坏车载电网中的部件。

换流器典型地包括多个开关，所述开关例如设置成半桥或桥，并且经由驱动器电路来控制，即接通和切断或闭合和打开，所述驱动器电路在此也称为操控装置。在已知的操控设计中，用于操控电机的桥或半桥通过桥驱动器来驱动，所述桥驱动器又通过微控制器接收PWM操控信号。

例如，在图1中示出与五相他励电机相关的电子操控单元的示意结构。在这种机器中，中间电路电压通过比较器电路监控。如果该电压超过定义的极限值，则通过微控制器采取相应的保护措施。这是必需的，因为过高的中间电路电压会导致车载电网电压过高，这又能够引起该车载电网中的部件的损害或甚至破坏。

在已知方法中，已知通过微控制器采取故障反应，以便限制过电压，其中所述微控制器操控驱动器电路。因此已知的是，借助快速去励磁，使励磁场迅速退化，使得不再产生极轮电压，由此限制过电压。还已知的是，引发相短路。因此，为了操控电机将换流器中的半桥的所有高边或所有低边MOSFET短路，使得不将能量从定子绕组传递到换流器的中间电路中。还已知的是，通过二极管来限制中间电路电压。所述二极管从特定的电压起变得导通并且以该方式减小最大可达到的中间电路电压。

在已知的方法中，在系统中的甩负荷的情况下，48V车载电网中的电机在短时间段期间、例如几毫秒期间在大多数运行情况下无法遵守接触保护电压，并且产生超过60V的电压。对此的理由在于，直至识别出故障的时间段过长。此外，快速去励磁不足够快以便在达到过电压之前使励磁场退化。此外，在已知的方法中，通过电子控制单元、典型地通过微控制器触发快速去励磁和相短路。由于微控制器的延迟而不可行的是，足够快地引发相短路。在使用齐纳二极管的情况下存在如下问题，即所述齐纳二极管在负荷时强烈发热并且由此进一步提高机器的连接螺栓处的电压。还要注意的是，这方面的时间要求在持续提高。

发明内容

在该背景下，提出根据权利要求1的方法和具有权利要求9的特征的装置。从从属权利要求和说明书中得出实施方式。

在此提出的方法用于经由换流器操控电机，所述换流器包括多个开关并且典型地包括其中存储电能的中间电路。在此，应监控，电学变量是否超过阈值进而例如是否存在过电压，以便在该情况下能够采取对策或保护措施。所述对策或保护措施典型地在于，引起相短路。

例如能够监控开关上的直流电压作为电学变量。也能够监控所谓的中间电路电压。替选地或补充地，也能够考虑开关之间的相电压、换流器中的直流电通流变化或相电流变化或类似的变量。因此典型地监控如下物理变量，所述物理变量与直流电压的电压或电压变化成比例，由此能够检测过电压。

在该方法中，开关由驱动器电路操控，并且借助评估单元、例如借助于比较器执行对被监控的电变量的监控。该评估单元识别到，在比较器的实施方案中例如通过与参考变量或参考电压或阈电压比较，例如在中间电路中是否存在超变量或过电压，即高于极限值的变量或电压。

评估单元输出输出信号，所述输出信号载有中间电路电压的信息。因此，信号例如能够载有是否存在过电压的信息。评估单元的输出信号直接作用于变流器的开关，例如通过驱动器电路来促成。直接表示，存在过电压的信息不是首先提供给微控制器，所述微控制器随后输出用于驱动器电路的相应的操控信号。直接表示，评估单元的输出信号直接地转发给开关或其驱动器电路。

这能够表示，评估单元的输出信号对驱动器电路的输入信号、驱动器电路的输出信号具有直接作用或也对驱动器电路的内部功能或工作方式具有直接作用。因此，评估单元、例如比较器也能够设置在驱动器电路中。随后，输出信号直接影响驱动器电路或其功能中的流程。

在识别到超过阈值时，例如在中间电路电压过电压时，采取对策。所述对策例如在于，通过例如将能够为驱动器电路的桥或半桥的全部高边开关或全部低边开关闭合来引起相短路。

所提出的方法例如使用在机动车的车载电网中，在所述车载电网中运行电机。但是，只要操控电机，该方法就也可使用在其他领域中。

借助所提出的方法，现在实现了，显着缩短过电压事件时的故障反应时间，从而降低电机的最大达到的电压，以便尽可能不超过60V的接触保护电压。此外，通过该方法使换流器中的当前用于过电压保护功能的齐纳二极管变得多余。

所提出的方法的特征在于，不经由微控制器来采取引发相短路作为换流器的故障反应，而是直接地与中间电路电压的测量连接。保护反应、即例如相短路的最初引发因此通过纯硬件电路来实现，所述硬件电路避开微控制器。以该方式，可以显著减少故障反应时间。至今为止必需的用于降低最大的过电压的齐纳二极管变得多余，因为及时引发相短路就足够。

所提出的设备用于执行所描述的方法并且例如集成在控制设备中。

所提出的方法和所描述的设备至少在一些实施方案中具有如下有益效果：

-通过取消不再需要的用于降低过电压的部件、例如齐纳二极管来降低成本，

-更快的故障反应并且由此减小最大达到的电压。

附图说明

从说明书和所附的附图中得出本发明的其他的优点和设计方案。

要理解的是，上面提出的和下面还要阐述的特征不仅能够以分别说明的组合来使用，而且也能够以不同的组合使用或单独地使用，而没有偏离本发明的范围。

图1示出根据现有技术的具有操控电路的电机的一个实施方案。

图2示出用于执行所提出的方法的装置。

图3示出所描述的装置的另一可行的实施方式。

具体实施方式

根据实施方式在附图中示意地示出本发明并且在下文中参考附图详细描述。

图1示出借助换流器12操控的电机10。电机包括定子20、具有转子绕组24的转子22和皮带轮26。换流器12包括具有多个高边开关32和相等数量的低边开关34的半桥30、微控制器36、第一桥驱动器38、第二桥驱动器40、励磁桥42、具有分压器45的比较器电路44以及二极管48，所述分压器包括第一电阻46和第二电阻47。例如通过电容提供的中间电路在图中未示出。中间电路电压50施加在第一端子52和第二端子连接54之间。

因此，该图示示出与五相他励电机10相关的电子操控单元或换流器12的示意结构。用于操控电机10的半桥30通过桥驱动器38、40驱动，所述桥驱动器又通过微控制器获得PWM操控信号。如在图1中示出的那样，中间电路电压50通过比较器电路44监控。如果该电压超过定义的极限值，则通过微控制器36采取相应的保护措施。

根据现有技术，通过微控制器36主要采取如下故障反应，以便限制过电压：

-快速去励磁：借助于快速去励磁，使励磁场极其快速退化，以至于不再产生极轮电压，由此限制过电压。

-相短路：为了操控电机10将换流器12中的半桥30的所有高边开关32或所有低边开关34短接，所述开关例如通过MOSFET实现。由此不将能量从定子绕组传递到换流器12的中间电路中。

此外，通过二极管48限制中间电路电压。所述二极管自特定电压起变得导通并且由此减小最大达到的中间电路电压50。

与此相反，在此提出：在中间电路中出现过电压时，绕过微控制器，直接或立即采取保护措施。下面结合图2阐述该处理方式。

要注意的是：下面主要结合中间电路电压的监控来描述所提出的方法。但是，这只是众多可能性中的一种。原则上，监控物理的、尤其电的变量。这能够是中间电路电压。

图2示出具有五个高边开关102和五个低边开关104的半桥100、驱动器电路106，在该情况下为桥驱动器、微控制器108和评估单元110，其中所述高边开关和低边开关例如构成为MOSFET或IGBT，所述评估单元构成为具有分压器112和运算放大器118的比较器或比较器电路，所述分压器具有第一电阻114和第二电阻116。在第一端子120和第二端子122之间施加中间电路电压124。

运算放大器118的输入是参考电压130和分压器112的电压值132。运算放大器118输出为评估单元110的输出信号134的输出信号134。输出信号134载有是否存在过电压的信息。现在，所述输出信号134经由连接140直接地提供至驱动器电路106。在该情况下，评估单元110的输出信号134直接作用于驱动器电路106的输入信号142。作为对策，如果中间电路中存在过电压，在该实施方案中，通过闭合全部高边开关102或闭合全部低边开关104来引起相短路。

因此，在所提出的方法中原则上提出，不由微控制器108引发相短路。取而代之的是，评估单元110、在该情况下为电压比较器的输出覆盖微控制器108的PWM输出信号，使得设定所有低边MOSFET的脉冲占空比为100％。一旦通过比较器识别到过电压，则会引起相短路。

图3示出电路装置200作为用于执行在此提出的方法的可行的装置，借助所述电路装置能够通过比较器直接覆盖微控制器的PWM信号，以便以此方式足够快地采取保护措施。

电路装置200包括分压器202、用于设置低通滤波器205的电容204、运算放大器206、为用于设定迟滞的迟滞电路209的电阻208、晶体管210、微控制器214的PWM输出信号212和驱动器电路216，在该情况下为桥驱动器。中间电路电压226施加于第一端子220和第二端子222、通常接地端子GND之间。电容204和电阻208是可选的措施。

只要分压器202的分接头处的电压不超过参考电压，图3中的电路装置200就实现通过微控制器214进行PWM运行。在超过电压极限值时，在运算放大器206的输出端处存在GND，由此晶体管210截止并且由此将PWM信号设定为“低”。

低通滤波器205能够设置用于防止错误触发。这可能由于电压极限值距工作电压范围的间距非常小所致。迟滞电路209确保在低于预设的电压极限值之后不立即消除相短路。

比较器的连接以及对功率开关、例如高边开关和低边开关的操控的影响与相应的换流器的所选择的操控紧密相关。因此，存在直接通过比较器以硬件技术引发相短路的各种可行性。此外，例如存在绕开桥驱动器并且通过评估单元、例如比较器直接影响功率开关的控制端子操控的可行性。

除了引发相短路之外，还能够考虑，通过硬件电路同样引发电机的去励磁。应该注意的是，该措施本身相对于根据现有技术的方法可能会仅具有一些优点。

所提出的方法特别适合于电机，即例如他励同步机，所述电机设计用于在机动车中使用。此外，也能够考虑在异步机中使用。

受操控的电机在此能够处于发电机运行或发动机运行中。

该方法和该装置还能够在电机、即所谓的助力回收电机中的助力回收系统(BRS)的范围中使用。

Claims (11)

1.一种用于经由换流器操控电机的方法，所述换流器包括多个开关(102，104)，其中

所述开关(102，104)由驱动器电路(106，216)操控，

借助评估单元(110)监控所述换流器的电变量，以便识别是否超过阈值，

所述评估单元(110)输出输出信号(134)，所述输出信号载有所述电变量的信息，并且其中

所述评估单元(110)的所述输出信号(134)直接地作用于所述换流器的所述开关(102，104)，使得在识别到超出所述电变量的阈值时采取对策。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监控在所述换流器的所述开关(102，104)上的直流电压作为电变量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述评估单元(110)的所述输出信号(134)作用于所述变流器的开关的驱动器电路(106，216)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述评估单元(110)的所述输出信号(134)直接地作用于所述驱动器电路(106，216)的输入信号(142)。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述评估单元(110)的所述输出信号(134)直接作用于所述驱动器电路(106，216)的输出信号(134)。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述评估单元(110)的所述输出信号(134)直接作用于所述驱动器电路(106，216)的内部功能。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，将比较器用作为评估单元(110)，所述比较器用于将检测到的电变量与参考值进行比较。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在存在超出所述阈值的情况下附加地通过硬件电路对所述电机去励磁。

9.一种用于操控电机的装置，其中，所述装置(200)用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。

10.根据权利要求9所述的装置，所述装置附加地具有低通滤波器(205)，借助所述低通滤波器对所述评估单元(110)的表征所述电变量的输入信号进行滤波。

11.根据权利要求9或10所述的装置，所述装置附加地包括迟滞电路(209)。

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