CN113597741A - 用于检查半导体开关的故障的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检查半导体开关的故障的方法，其中，以具有可变占空比的PWM信号操控所述半导体开关。为了可靠且成本有利地求取半导体开关的故障而设置，当所述半导体开关以100％或0％的占空比运行时，分析评价整个系统的电流测量，而当所述半导体开关以0％和100％之间的占空比运行时，分析评价在所述半导体开关上产生的电压脉冲。

Description

用于检查半导体开关的故障的方法
技术领域
本发明涉及一种用于检查半导体开关的故障的方法，其中，以具有可变占空比的PWM信号操控半导体开关。
背景技术
为了检查半导体开关(例如IGBT、MOSFET或双极晶体管)的故障、例如短路或断路，在半导体开关上或在集成有该开关的整个系统上进行电流测量或电压测量。在电流测量中，监控半导体开关的支路电流或整个系统的总电流。在电压测量中，监控半导体开关上的电压降。
通常需要以具有可变占空比的PWM信号操控半导体开关，以便确保在不同的环境变量、例如供给电压上进行负载/功率调节。在可变占空比的情况下借助PWM信号对半导体开关的故障诊断在以下两种情形下达到其极限：
-如果所调设的占空比非常高，例如98％，则在通过半导体开关的电流中和半导体开关上的电压中不会得出与持续短路的显著区别。
-同样的情况也适用于非常小的占空比，例如2％。在此，在相反的情况下不会得出与持久断路存在区别。
此外，在纯粹的电流测量中，得出与环境变量、例如供给电压的强烈相关性。
由DE10 2014 214 156A1已知一种用于检查负载电流回路的关断路径的第一半导体开关的功能能力的方法，该负载电流回路用于对制动系统的至少一个阀线圈(L)供电。第一半导体开关在运行中在导通状态下运行并且借助脉宽调制地操控的至少一个第二半导体开关实现负载电流回路的电流调节。在机动车制动系统的运行期间这样操控第一半导体开关，使得该第一半导体开关在其存在功能能力的情况下切换到截止状态中，并且在截止状态的预给定持续时间之后对第一半导体开关进行这样的操控，其中，该第一半导体开关切换回到导通状态中。
由DE10 2010 042 292A已知一种用于电半导体开关的功能测试的方法，所述电半导体开关的控制接口在点火时刻借助控制单元被加载点火脉冲，其中，检测流经半导体开关的电流强度离开零值时的电流时刻，并且分析评价点火时刻与电流流动时刻之间的时间差，用于半导体开关的功能测试。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种开头所述类型的方法，利用该方法可以可靠且成本有利地求取半导体开关的故障存在。
该任务通过权利要求1的特征解决。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中确定。
因此，本发明提出一种用于检查半导体开关的故障的方法，其中，以具有可变占空比的PWM信号操控半导体开关，其中，当半导体开关以100％或0％的占空比运行时，分析评价整个系统的测量电流，而当半导体开关以0％和100％之间的占空比运行时，分析评价在半导体开关上产生的电压脉冲。
因此，本发明限于在PWM运行中对半导体开关的基本可靠的诊断。如果开关持续地是激活或未激活的(占空比为100％或0％)，则分析评价整个系统的测量电流。
根据本发明的方法与大多数环境条件、例如供给电压或负载无关，因为该方法仅分析评价半导体上的交变电压电平。
还可以探测故障、例如高电阻短路。这种故障不能通过纯粹的电压测量和电流测量来识别。
根据本发明的方法与大多数环境条件、例如供给电压或负载无关，因为该方法仅分析评价半导体上的交变电压电平。还可以探测故障、例如高电阻短路，因此也就是不能通过纯粹的电压测量和电流测量来识别的故障。
为了简单但可靠地求取半导体功能故障，对在半导体开关上产生的电压脉冲计数用于进行分析评价，其中，当半导体开关不产生电压脉冲时，通过分析评价推断出半导体开关的短路或断路。
为了在占空比为100％或0％的情况下确保可靠且有说服力地求取故障，关断对在半导体开关上产生的电压脉冲的分析评价并且通过整个系统的测量电流来求取故障的存在。
本发明还提供了一种用于执行根据本发明的方法的设备，其中，在半导体开关上产生的电压脉冲从该半导体开关通过电容器施加到A/D转换器，所述A/D转换器将数字信号施加到控制器的计数器输入端用于进行分析评价。通过电容器在诊断电路中仅产生短时的电流脉冲和电压脉冲。因此，可以用少量的、成本有利的构件来实现该设备所基于的电路。
通过二极管互联(“或”连接)，多个半导体开关可以通过所述诊断方法连接到由两个晶体管构成的A/D转换器上。如果待诊断的半导体的PWM操控有相移，则所有半导体因此可以通过A/D转换器和控制器上的Timer(计时器)输入端来监控。
附图说明
下面借助附图详细阐述本发明；附图中示出：
图1示出用于执行用于检查半导体开关的故障的根据本发明的方法的根据本发明的设备的第一实施方式的电路图，并且
图2示意性地示出图1的用于检查具有两个半导体开关的电路的故障的设备的变形方案。
具体实施方式
图1中所示的设备基于用于检查半导体开关的故障的电路，其中，半导体开关以具有可变占空比的PWM信号来操控。半导体开关S3一方面以其集电极经由负载电阻HC3连接正电压HV+并且另一方面连接接地端GND_HC。在半导体开关的输入端处施加PWM信号。
通过电容器C4从半导体开关的集电极中滤出在PWM开关情况下产生的电压脉冲，因为仅需要这些电压脉冲用于开关的诊断。通过这种布线得到另一优点：其余的电路不是持久地连接供给电位，而是仅以负载单个脉冲的方式起作用。由此可以显著减少构件数量，因为不产生持续损耗。
电容器通过包括电阻器R10和电阻器R7的分压器连接接地端GND_HC。该分压器将所产生的电压脉冲分为较小的值并且使通过C4的脉冲电流减小。
通过二极管D1将穿透电容器C4的脉冲作为正脉冲传递给随后的信号处理。在该部位处，未示出的另外的诊断支路能够以它们的阴极连接成析取/或操作(Disjunktion)(“或”连接)(只要这些诊断支路具有相移)。
连接在“或”连接之后的齐纳二极管D9保护随后的信号处理器件免受过压。该器件包括两个晶体管Q1和Q2，这两个晶体管分别通过电阻R18、R11或R6、R9连接成简单的A/D转换器，并且由二极管D9阴极上的正脉冲产生数字信号“Timer”，该数字信号被输送给未示出的控制器的计数器输入端。在控制器上对半导体开关进行软件层面上的诊断，其中，进入的脉冲“Timer”被计数。在半导体开关发生故障(可能是短路或断路)时，不产生脉冲。由此，软件能够识别故障并且采取适当的措施。
在占空比为0％和100％时，优选关断这种软件层面上的诊断并且通过电路的总电流进行故障诊断。
通过电容器C4在诊断电路中仅生成短时的电流脉冲和电压脉冲。由此，电路能够以少量的、成本有利的构件来实现。
图1的电路的工作原理在图2中针对同时检验两个半导体开关的故障的情况示出。

Claims (5)

1.一种用于检查半导体开关的故障的方法，其中，以具有可变占空比的PWM信号操控所述半导体开关，其特征在于，当所述半导体开关以100％或0％的占空比运行时，分析评价整个系统的测量电流，而当所述半导体开关以0％和100％之间的占空比运行时，分析评价在所述半导体开关上产生的电压脉冲。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对在所述半导体开关上产生的电压脉冲计数用于进行分析评价，其中，当所述半导体开关不产生电压脉冲时，通过所述分析评价推断出所述半导体开关的短路或断路。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在占空比为100％或0％的情况下关断所述分析评价并且通过所述整个系统的测量电流来求取故障。
4.一种用于执行根据权利要求1至3中任一项所述的方法的设备，其中，在半导体开关(S3)上产生的电压脉冲从该半导体开关经由电容器(C4)截取并且施加到A/D转换器(Q1、Q2)上，所述A/D转换器将数字信号(Timer)施加到控制器的计数器输入端上用于进行分析评价。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，由所述电容器截取的电压脉冲借助二极管(D4)转换为施加到所述A/D转换器(Q1、Q2)上的正脉冲。
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