CN117597635A - 模拟器和用于运行模拟器的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种模拟器(SIM)，所述模拟器设置为用于利用至少一个计算机(FPGA)为试验台模拟具有至少一个开关的功率电子电路，所述模拟器具有状态识别装置(ZEE)，所述状态识别装置设置为用于识别所述至少一个开关的状态(Z)，其中，所述状态取决于强制的或自然的开关过程，所述开关过程分别具有针对所述至少一个电气开关的至少一个第一电气特征参量(KG)的至少两个状态条件(ZB)，其中，所述模拟器(SIM)设置为用于根据该状态(Z)输出功率电子电路的至少一个输出值(AW)。本申请还涉及一种用于运行模拟器(SIM)的方法。

Description

模拟器和用于运行模拟器的方法

技术领域

本申请涉及一种用于模拟功率电子电路的模拟器以及一种用于运行模拟器的方法。

背景技术

本申请的任务在于，创造一种模拟器或一种用于运行这样的模拟器的方法，所述模拟器或所述方法可靠地识别用于功率电子电路的所模拟的开关的状态。

发明内容

具有独立权利要求的特征的所述模拟器或所述用于运行模拟器的方法通过关于用于自然的或强制的开关过程的各两个状态条件识别开关的状态来解决所述技术问题。由此可能的是，可靠地推断开关的状态。

因而提出一种模拟器，所述模拟器利用至少一个计算机为例如试验台模拟具有至少一个开关的功率电子电路，所述模拟器具有状态识别装置，所述状态识别装置识别所述至少一个开关的状态，其中，所述状态取决于强制的或自然的开关过程，所述开关过程分别具有针对所述至少一个电气开关的至少一个第一电气特征参量的至少两个状态条件。所述模拟器根据该状态输出功率电子电路的至少一个输出值。相应的情况适用于所述用于运行模拟器的方法。

所述模拟器是具有计算机的设备。利用计算机模拟具有至少一个开关的功率电子电路。所述模拟器例如与所谓的受测装置(DUT)连接，以便利用该设备对受测装置检查其功能性。在此，所述模拟器模拟功率电子电路，受测装置在使用中于是与所述功率电子电路实际连接。通常，所述受测装置是控制仪，在所述控制仪上运行不同的软件功能，所述软件功能利用功率电子电路的输出值并且/或者控制和/或监控功率电子电路。

在用于DUT的这样一个试验台(所述试验台也称为HiL(硬件在环)试验台)中，应在不同的情况下检查DUT：所述DUT恰好在该情况下是否还正确地运转。在此，参数化也是可能的。所述模拟器和所述DUT通常通过导线电气连接。然而也可能的是，设有在模拟器与DUT之间的无线的传输。包括导线连接的和无线的传输的混合也是可能的。

在此，所述模拟器的计算机可以是一个或多个处理器或者例如是例如所谓的FPGA(现场可编程门阵列Field Programmable Gate Array)，在其上编程有不同的计算函数，所述FPGA应执行所述计算函数。在此，所述计算机可以由用于执行所述计算函数的不同硬件资源构成。

在技术的多种多样的领域中越来越多地使用功率电子电路。功率电子电路用于变换例如电能。对致动器、如电机的操控也可以属于功率电子电路的任务。此外，也可能的是用于诊断致动器、能源(如电池)的诊断功能。特别是，能源、例如电池可以通过这样一个功率电子电路充电。以此于是例如可以测试DUT，所述DUT与电池配合作用。

功率电子电路通常与电池或电网供给连接并且将由此获得的电能相应地转换为对其提出的要求。为此，所述功率电子电路可以具有整流器和/或逆变器。这样的功率电子电路的例如具有整流器和/或逆变器的主要组成部分是功率开关、特别是半导体开关，当前被称为开关。所述功率开关通常是晶体管亦或二极管或晶闸管，其能够开关可能出现的所需要的电流。

在模拟中能在理想开关的真实构造的偏差方面进行定义，按照本申请识别所述开关的状态。

为此设有状态识别装置，所述状态识别装置例如构成在FPGA上。在此，所述状态识别装置分别利用针对电气特征参量的至少两个条件，其中，所述状态识别装置在此在所谓的强制的与自然的开关过程之间相区分。亦即，存在至少两个条件分别用于强制的和自然的开关过程。该区分通过检查针对电气特征参量的至少四个条件来执行。所述电气特征参量例如是能在开关上测量的电流和电压。

强制的开关过程涉及如下开关过程，所述开关过程主动地通过由开关外部、例如在开关的为此设置的输入端上施加电气信号来触发。电气信号设置用于触发强制的开关过程。

自然的开关过程通过在开关内部的至少一个电气参量的特性而触发，其中，所述电气参量例如达到或低于或超过阈值。触发自然的开关过程的电气参量在此以自然的方式在开关上出现，例如流过的电流或存在的电压。

根据所述识别出的状态输出功率电子电路的输出值、例如输入到DUT上。通过模拟器能实现从采样的离散值中安全地识别开关状态。

所述状态条件可以理解为，所确定的电气特征参量利用针对这些特征参量的预定的条件来检查。根据于是否满足所述条件，于是确定所述状态、亦即闭合的或打开的。例如如果作为电气特征参量查看流过所述开关的可确定的电流，则可以检查该电流：该电流是处于预定的界限之上还是预定的界限之下。如果情况如此，推断开关的状态。

所述输出值例如可以是输出矢量，所述输出矢量具有多个分量，这些分量于是例如通过接口单元输出。将输入矢量相应地施加到模拟器上和因此施加到所模拟的功率电子电路上，所述输入矢量说明施加到所模拟的功率电子电路上的电流和电压上。相应的情况适用于所述方法。

在从属权利要求说明的措施和进一步扩展方案是在独立权利要求中说明的模拟器或用于运行该模拟器的方法的各实施例。

在一种实施例中，所述状态识别装置具有分别用于理想开关、用于二极管、用于晶闸管和/或用于MOSFET(亦即场效应晶体管)的状态条件。所述状态识别装置因此设置用于相应识别相应的状态。这些说明的开关是在功率电子电路中通常使用的开关。然而可能的是，例如其他晶体管类型通过这样的状态条件来定义。这些晶体管类型可以附加地或备选地定义用于模拟器。

此外规定，所述状态识别装置设置为用于在识别所述至少一个开关的状态时考虑先前的模拟步骤中的所述至少一个第一电气特征参量。在这样的开关中，先前历史记录也可以是相关的，以便推断相应的开关的当前的状态。

在一种实施形式中，设有狄拉克脉冲识别装置，所述狄拉克脉冲识别装置设置为用于借助于布尔函数根据状态识别装置的第一输出信号识别狄拉克脉冲并且根据于此输出狄拉克信号。在理想的开关中可能出现狄拉克脉冲，所述狄拉克脉冲在真实的开关中在一般情况下不出现。因此，在这样一种模拟中存在如下必要性，识别这样的狄拉克脉冲并且然后相应地处理所述狄拉克脉冲。狄拉克信号表征狄拉克脉冲的出现，所述狄拉克脉冲可以与开关的开关过程相关联。狄拉克脉冲在强制的开关过程之后出现。其识别能通过之前描述的、在自然的与强制的开关过程之间的区分来实现。这样，通过如下方式适配模拟的特性，即正确地考虑通过狄拉克脉冲引起的、所谓的由条件决定的开关事件。

此外提出，将所述至少一个开关的状态根据狄拉克信号设定为预定值。所述预定值在此应模仿真实的开关的特性并且取代理想的开关的狄拉克脉冲。这是如下示例，如在模拟中能实现处理这样的狄拉克脉冲的出现。

在一种实施形式中，设有切换探测器，所述切换探测器根据至少一个第二电气特征参量的符号分析为所述至少一个开关输出切换信号，其中，所述切换信号影响状态的识别。因此可以识别并且避免在两个开关状态之间的切换(英语toggle)或摆动(Schaukeln)。在此，所述符号分析是有利的，因为以此例如识别一个信号在不同的极性之间的跳去和跳来。

此外规定，所述状态识别装置考虑先前的模拟步骤中的状态的识别。由此可以可靠地推断开关的状态。

在一种实施形式中规定，所述状态识别装置分为用于产生第二输出信号的脉冲分量和用于产生第三输出信号的非脉冲分量。在此设有融合模块，所述融合模块根据第二输出信号和第三输出信号产生第四输出信号。通过该划分可能的是，实现相应的开关的非常准确的状态识别。

在一种实施形式中在此规定，所述融合模块设置为用于根据狄拉克信号产生第四输出信号。

模拟器的计算机可以具有至少一个FPGA。由此可以将一个或多个FPGA相互组合或者也使用各种各样类型的处理器。

附图说明

本申请的各实施例在附图中示出并且在以下说明中更详细地阐述。

图中

图1示出包括模拟器和DUT的组合，

图2示出状态识别的第一框图，

图3示出状态识别的第二框图，

图4示出状态识别的第三框图，

图5示出状态识别的第四框图，

图6示出模拟器的硬件结构，

图7示出状态图，以及

图8示出用于状态条件的表格，按照这些状态条件识别所述至少一个开关的状态。

具体实施方式

在附图中为相同或相似的元素使用相同的附图标记。

图1示出模拟器SIM与应被测试的装置(该装置被称为DUT)通过三条导线的相互连接。导线的数量是示例性的并且可以具有其他数量。在模拟器SIM与装置DUT之间的信号的无线传输也是可能的。这样的构造也被称为试验台并且在车辆工业中但也在其他工业领域中广泛推广。通过模拟器SIM模拟功率电路，所述功率电路与装置DUT处于有效连接中。例如，所述装置DUT是控制仪，所述控制仪控制和/或监控功率电子器件。当前，控制也包括闭环控制(regeln)。利用这样一个试验台于是可以全面地测试所述装置的软件和硬件。例如可以通过功率电子电路模拟用于电池的充电器，其中，DUT是充电器的控制仪。

图2以框图示出输入单元EK，所述输入单元将第一电气特征参量KG输出到状态识别装置ZEE上。状态识别装置ZEE凭借状态条件ZB检查第一电气特征参量KG，以便确认，所述开关具有何种状态，所述开关给出第一电气特征参量KG或者在所述开关上确定第一电气特征参量KG。状态条件在此设置用于自然的开关过程、但也用于强制的开关过程，从而通常可以检查四个条件、亦即用于强制和自然的开关过程的各两个条件。状态识别装置ZEE已确定的状态本身于是传递到输出单元V上。所述第一电气特征参量可以涉及当前的周期中的和先前的周期中的值。输出单元V于是将输出值AW通过到DUT上的输入/输出单元IO给出到外界。

在图3中以另一个框图更精细地示出状态识别装置。输入单元EK将第一电气特征参量KG提供到状态识别装置ZEE上。状态识别装置ZEE又利用状态条件ZB，以便确定已给出电气特征参量KG的开关的状态。状态识别装置ZEE将值ZD提供到脉冲识别装置DIE上，所述脉冲识别装置根据该值将狄拉克信号DS给出到状态识别装置ZEE上。状态识别装置ZEE现在也使用狄拉克信号DS，以便确定状态Z并且输出到输出单元V上。输出单元V于是根据状态Z来输出输出值AW。

在图4中提出状态识别装置ZEE的另一种精细化。在此，现在通过切换探测器附加地识别开关的切换状态。现在，输入单元EK输出第一电气特征参量KG和第二电气特征参量KGT。第二电气特征参量KGT被输出到切换探测器TD上。根据对第二电气特征参量KGT的分析，切换探测器TD识别：是否存在切换状态。为此，切换探测器TD例如使用符号分析来识别：第二电气特征参量KGT是否例如在各极性之间摆去和摆来。根据于此，信号、更确切地说切换信号TDS被输出到状态识别装置ZEE上。输入单元EK同样将第一电气特征参量KG提供到状态识别装置ZEE上。此外，状态识别装置ZEE也与狄拉克脉冲识别装置DIE连接并且交换上述信号ZB和DS。利用所述信号和状态条件ZB，状态识别装置ZEE确定状态Z，所述状态被输出到输出单元V上，所述输出单元于是根据于此产生输出值AW。

在图5中进一步精细化所述状态识别。输入单元EK将第一电气特征参量KG提供到状态识别装置的非脉冲分量ZEEN上。第二电气特征参量KGT由输入单元EK提供到切换探测器TD上，所述切换探测器根据符号分析将切换信号TDS提供到非脉冲分量ZEEN上。非脉冲分量ZEEN与狄拉克脉冲识别装置DIE连接并且将信号ZD如上所述地给出到所述狄拉克脉冲识别装置上。狄拉克脉冲识别装置DIE根据信号ZD将狄拉克信号DS输出到融合模块M上。非脉冲分量ZEEN将状态信号ZN给出到融合模块M上。非脉冲分量ZEEN在状态识别中又利用状态条件ZB。

输入单元EK将第三电气特征参量KGI提供到脉冲分量ZEEI上。根据该第三电气特征参量KGI，脉冲分量ZEEI在利用状态条件ZB的情况下确定输出信号ZI。该第二输出信号ZI同样给到融合模块M中。融合模块M由其输入信号确定输出信号MS，所述输出信号给出到输出单元V上，所述输出单元由此产生输出值AW。融合模块M为了组合所述输入信号而利用逻辑函数。状态信号ZI可以与其他模块的结果一致。

图6示意性地示出模拟器SIM的计算机的硬件结构。当前使用微处理器mP。此外设有FPGA，在所述FPGA中构成有状态识别装置。此外设有输入/输出接口IO，以用于接收例如输入矢量并且输出所述输出值AW。输入/输出接口IO例如具有寄存器。

在图7中的状态图示出各条件，借助所述各条件在状态识别装置ZEE中实施在闭合的与打开的开关之间和在打开的与闭合的开关之间的状态过渡的识别。在此，对于从“断”、即打开向“通”、即闭合的状态过渡，用于强制的开关过程S断通,F的状态条件数学上利用“或”与自然的开关过程S断通,N相关联。对于从“通”、即闭合向“断”、即打开的状态过渡，用于强制的开关过程S通断,F的状态条件数学上利用“或”与自然的开关过程S通断,N相关联。因此当出现自然的和/或强制的开关事件时，进行状态过渡。

所述过渡通过在图8中在表格中列举的条件确定。在此，存在四行、即第一行代表理想开关、第二行代表二极管、第三行代表晶闸管，而第四行代表MOSFET。

列S通断,F描述从通向断的强制的开关过程的过渡。亦即从闭合向打开。列S通断,N代表从闭合向打开的相同过程，但用于自然的开关过程。列S断通,F描述从断向通的强制的开关过程的过渡。亦即从打开向闭合。列S断通,N代表从打开向闭合的相同过程，但用于自然的开关过程。

开关过程借助信号g、i SW、v SW识别。利用g k、i SW,k和v SW,k分别表示当前的周期的信号。利用g k-1、i SW,k-1和v SW,k-1分别表示先前的周期的信号。信号g k是不同开关的所谓的门信号。i SW是流过开关的电流。v SW是存在于开关上的电压。

0作为条目在表格中意味着，对于相应的开关类型不出现和/或不识别这样的开关过程。

对于在图8的表格的行1中的开关的示例，这因此意味着，对于该类型开关不出现自然的开关过程，因为0在该行中对于该开关记入在列S通断,N和S断通,N中。这符合理想开关的特性。

对于图8的表格的行2中的开关的示例，这意味着，对于该类型开关不出现强制的开关过程，因为0在该行中对于该开关计入在列S通断,F和S断通,F中。这符合二极管的特性。

对于图8的表格的行3中的开关的示例，这意味着对于该类型开关从通向断不出现强制的开关过程，因为在相应的列S通断,F中记入0。此外，对于该类型开关从断向通不识别自然的开关过程，因为在相应的列S断通,N中记入0。这符合晶闸管的特性。

对于第一行的开关、理想开关，在列S通断,F中，开关状态借助信号g检查，即对于当前的检查过程的值是否大于在先前的检查过程中的值。在列S通断,N中记入值0，亦即不出现这样的开关过程。

在第二行中，检查用于二极管的条件，更确切地说这里借助二极管电流或在二极管上的电压，其中，当前对于强制的开关过程分别设置零，亦即不出现该强制的开关过程。

在第三行中，说明具有相应的条件的晶闸管。在第四和最后行中说明用于MOSFET的相应的条件。

附图标记列表

SIM 模拟器

DUT 受测装置

EK 输入单元

V 输出单元

ZEE 状态识别装置

Z 状态

ZB 状态条件

KG 第一电气特征参量

KGT 第二电气特征参量

KGI 第三电气特征参量

AW 输出值

DIE 脉冲识别装置

ZD 输出装置

DS 狄拉克信号

TD 切换探测器

TDS 切换信号

ZEEI 脉冲分量

ZD 第一输出信号

ZI 第二输出信号

ZEEN 非脉冲分量

ZN 第三输出信号

MS 第四输出信号

M 融合模块

g k 门信号

mP 微处理器

FPGA 计算机

IO 输入/输出接口

Claims (11)

1.模拟器(SIM)，所述模拟器设置为用于利用至少一个计算机(FPGA)为试验台模拟具有至少一个开关的功率电子电路，所述模拟器具有状态识别装置(ZEE)，所述状态识别装置设置为用于识别所述至少一个开关的状态(Z)，其中，所述状态取决于强制的或自然的开关过程，所述开关过程分别具有针对所述至少一个电气开关的至少一个第一电气特征参量(KG)的至少两个状态条件(ZB)，其中，所述模拟器(SIM)设置为用于根据该状态(Z)输出功率电子电路的至少一个输出值(AW)。

2.按照权利要求1所述的模拟器(SIM)，其中，所述状态识别装置(ZEE)具有分别用于理想开关、用于二极管、用于晶闸管和/或用于MOSFET的状态条件(ZB)，以用于相应识别相应的状态(Z)。

3.按照权利要求1或2所述的模拟器(SIM)，其中，所述状态识别装置(ZEE)设置为用于在识别所述至少一个开关的状态(Z)时考虑先前的模拟步骤中的所述至少一个第一电气特征参量(KG)。

4.按照权利要求1、2或3所述的模拟器(SIM)，其中，设有狄拉克脉冲识别装置(DIE)，所述狄拉克脉冲识别装置设置为用于借助于布尔函数根据状态识别装置的第一输出信号(ZD)识别狄拉克脉冲并且根据于此输出狄拉克信号(DS)。

5.按照权利要求4所述的模拟器(SIM)，所述模拟器还设置为用于将所述至少一个开关的状态(Z)根据狄拉克信号(DS)设定为预定值。

6.按照上述权利要求之一所述的模拟器(SIM)，其中，设有切换探测器(TD)，所述切换探测器设置为用于根据至少一个第二电气特征参量(KT)的符号分析为所述至少一个开关输出切换信号(TDS)，其中，所述切换信号(TDS)影响状态(Z)的识别。

7.按照上述权利要求之一所述的模拟器(SIM)，其中，所述状态识别装置(ZEE)设置为用于考虑先前的模拟步骤中的状态(Z)的识别。

8.按照上述权利要求之一所述的模拟器(SIM)，其中，所述状态识别装置(ZEE)分为用于产生第二输出信号(ZI)的脉冲分量(ZEEI)和用于产生第三输出信号(ZN)的非脉冲分量(ZEEN)，其中，设有融合模块(M)，所述融合模块设置为用于根据第二输出信号(ZI)和第三输出信号(ZN)产生第四输出信号(MS)。

9.按照权利要求8所述的模拟器(SIM)，其中，所述融合模块(M)设置为用于根据狄拉克信号(DS)产生第四输出信号(MS)。

10.按照上述权利要求之一所述的模拟器(SIM)，其中，所述计算机具有至少一个FPGA(FPGA)。

11.用于运行模拟器(SIM)的方法，所述模拟器利用至少一个计算机(FPGA)为试验台模拟具有至少一个开关的功率电子电路，其中，使用状态识别装置(ZEE)，所述状态识别装置识别所述至少一个开关的状态(Z)，其中，所述状态取决于强制的或自然的开关过程，所述开关过程分别具有针对所述至少一个开关的至少一个第一电气特征参量(KG)的至少两个状态条件(ZB)，并且所述模拟器(SIM)根据所述状态(Z)输出功率电子电路的输出值(AW)。