DE102004049162A1 - Switching device`s e.g. depletion metal oxide semiconductor field effect transistor, transient current balancing method for motor vehicle, involves generating input signal for respective switch based on correction values and switching time - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Symmetrieren von transienten Strömen in Schaltervorrichtungen, die mindestens zwei parallel geschaltete Schalter umfassen, die abhängig von jeweils einem Stellsignal einschaltbar oder ausschaltbar sind. Die Erfindung betrifft ferner ein System, das mindestens eine dieser Vorrichtungen umfasst, der jeweils eine Schaltervorrichtung zugeordnet ist.The The invention relates to a method and an associated device for balancing of transient currents in switch devices that have at least two parallel connected Include switches that are dependent each of a control signal can be switched on or off. The invention further relates to a system comprising at least one of these Includes devices, each associated with a switch device is.
In
der
Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die transiente Ströme in Schaltervorrichtungen zuverlässig und stabil symmetriert. Ferner ist die Aufgabe der Erfindung, ein System zu schaffen, in dem transiente Ströme in Schaltervorrichtungen zuverlässig und stabil symmetrierbar sind.The The object of the invention is to provide a method and a device create the transient currents in switch devices reliable and stably balanced. Furthermore, the object of the invention is a system in which transient currents in switch devices reliable and are symmetrically symmetric.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The Task is solved by the characteristics of the independent Claims. Advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims.
Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Symmetrieren von transienten Strömen in Schaltervorrichtungen, die mindestens zwei parallel geschaltete Schalter umfassen, die abhängig von jeweils einem Stellsignal einschaltbar oder ausschaltbar sind. Zu einem gemeinsamen Messzeitpunkt wird jeweils ein Wert einer Größe erfasst, die repräsentativ ist für den Strom, der durch den jeweiligen Schalter fließt. Ein Sollwert wird ermittelt abhängig von den erfassten Werten der Größe der jeweiligen Schalter. Ein erster Korrekturwert wird für jeden Schalter ermittelt zum Korrigieren eines Ansteuerzeitpunkts zum Auslösen eines Schaltvorgangs des jeweiligen Schalters abhängig von dem jeweiligen Wert der Größe, von dem Sollwert und von einem zweiten Korrekturwert. Der zweite Korrekturwert wird ermittelt abhängig von den ersten Korrekturwerten. Das Stellsignal für den jeweiligen Schalter wird er zeugt zeitlich abhängig von dem jeweiligen ersten Korrekturwert und dem jeweiligen Ansteuerzeitpunkt.According to one In the first aspect, the invention is characterized by a method and an associated one Device for balancing transient currents in switch devices, which comprise at least two switches connected in parallel, which depend on in each case a control signal can be switched on or off. To a common measurement time, a value of one variable is recorded, the representative is for the current flowing through the respective switch. One Setpoint is determined dependent from the captured values of the size of each Switch. A first correction value is determined for each switch for correcting a driving timing for triggering a Switching operation of the respective switch depending on the respective value the size, of the setpoint and a second correction value. The second correction value is determined dependent from the first correction values. The control signal for the respective Switch is he witnesses time dependent on the respective first Correction value and the respective activation time.
Der Vorteil ist, dass durch eine Rückkopplung der ersten Korrekturwerte in Form des zweiten Korrekturwerts auf die jeweiligen ersten Korrekturwerte die ersten Korrekturwerte sehr zuverlässig und stabil ermittelt werden können. Bevorzugt sind zum Ermitteln der ersten Korrekturwerte Regler vorgesehen. Es kann so verhindert werden, dass die ersten Korrekturwerte hin zu einer Grenze eines gegebenenfalls beschränkten Wertebereichs für die ersten Korrekturwerte geregelt werden. Die ersten Korrekturwerte repräsentieren eine zeitliche Verschiebung des Schaltvorgangs des jeweiligen Schalters relativ zu dem jeweiligen Ansteuerzeitpunkt. Der jeweilige Ansteuerzeitpunkt kann besonders einfach für alle Schalter einer Schaltervorrichtung gemeinsam vorgegeben sein. Zum Ermitteln des zweiten Korrekturwerts kann ebenfalls ein Regler vorgesehen sein.Of the Advantage is that by a feedback of the first correction values in the form of the second correction value the respective first correction values very much the first correction values reliable and stable can be determined. Preferably, regulators are provided for determining the first correction values. It can be prevented so that the first correction values out to a limit of an optionally limited value range for the first correction values be managed. The first correction values represent a time shift of the Switching operation of the respective switch relative to the respective Control time. The respective activation time can be especially easy for all switches a switch device be specified together. To determine the second correction value can also be a controller be provided.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der erste Korrekturwert für jeden Schalter ermittelt abhängig von dem zweiten Korrekturwert und abhängig von einem Differenzwert, der drei verschiedene Werte annehmen kann und der ermittelt wird durch Bilden einer Differenz aus dem Sollwert und dem jeweiligen Wert der Größe. Der Differenzwert wird belegt mit einem ersten Wert, wenn die Differenz größer ist als ein vorgegebener oberer Schwellenwert. Der Differenzwert wird belegt mit einem zweiten Wert, wenn die Differenz kleiner ist als ein vorgegebener unterer Schwellenwert. Ferner wird der Differenzwert belegt mit einem dritten Wert, wenn die Differenz zwischen dem vorgegebenen oberen Schwellenwert und dem vorgegebenen unteren Schwellenwert liegt. Auf ein Anpassen der ersten Korrekturwerte kann so verzichtet werden, wenn der Differenzwert zwischen dem vorgegebenen oberen Schwellenwert und dem vorgegebenen unteren Schwellenwert liegt. Vorteilhaft ist, dass auf eine teure und aufwändige feine Diskretisierung des Differenzwerts verzichtet werden kann.In an advantageous embodiment of the method is the first Correction value for each switch determines depending from the second correction value and depending on a difference value, which can take three different values and which is determined by taking a difference from the setpoint and the respective one Value of size. Of the Difference value is occupied with a first value when the difference is larger as a predetermined upper threshold. The difference value is occupies a second value if the difference is less than one predetermined lower threshold. Furthermore, the difference value occupied with a third value, if the difference between the given upper threshold and the predetermined lower threshold lies. An adaptation of the first correction values can thus be dispensed with when the difference value is between the predetermined upper threshold and the predetermined lower threshold. Is advantageous that on an expensive and elaborate fine discretization of the difference value can be dispensed with.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der erste Korrekturwert jeweils ermittelt durch einen ersten Regler, der eingangsseitig beaufschlagt ist mit einer Differenz aus dem Sollwert, dem jeweiligen Wert der Größe und dem zweiten Korrekturwert. Dies hat den Vorteil, dass einerseits der jeweilige Wert der Größe auf den Sollwert geregelt werden kann und andererseits durch Berücksichtigen des zweiten Korrekturwerts gewährleistet werden kann, dass der erste Korrekturwert nicht hin zu einer Grenze des gegebenenfalls beschränkten Wertebereichs für den ersten Korrekturwert geregelt wird. Besonders vorteilhaft ist, den ersten Regler als PI-Regler mit proportionalem und integralem Regelanteil auszubilden. Dieser ermöglicht eine besonders hohe Regelgüte mit verschwindender Regelabweichung, insbesondere auch bei diskretwertiger, digitaler Ausbildung des Reglers. Der erste Regler kann aber ebenso als ein anderer Regler ausgebildet sein.In a further advantageous embodiment of the method is the first correction value respectively determined by a first controller, the input side is acted upon with a difference from the Setpoint, the respective value of the size and the second correction value. This has the advantage that on the one hand the respective value of the size on the Setpoint can be controlled and on the other hand by taking into account ensures the second correction value can be that the first correction value is not going to a limit possibly restricted Value range for the first correction value is regulated. It is particularly advantageous the first controller as PI controller with proportional and integral To form a rule share. This allows a particularly high control quality with vanishing deviation, especially with discrete value, digital training of the regulator. But the first regulator can do the same be designed as another controller.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der zweite Korrekturwert durch einen zweiten Regler ermittelt, der eingangsseitig beaufschlagt ist mit einem Mittelwert der ersten Korrekturwerte. Dies hat den Vorteil, dass der zweite Regler so den Mittelwert der ersten Korrekturwerte auf einen Wert regeln kann, der verhindert, dass die ersten Korrekturwerte durch die ersten Regler hin zu einer Grenze des gegebenenfalls beschränkten Wertebereichs für den ersten Korrekturwert geregelt werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die transienten Ströme zuverlässig und stabil symmetriert werden.In a further advantageous embodiment of the method is the second correction value determined by a second controller, the input side is applied with an average value of the first correction values. This has the advantage that the second controller so the mean of the first correction values to a value that prevents that the first correction values through the first regulator towards a limit possibly restricted Value range for the first correction value are regulated. This can ensure that the transient currents reliable and be stably balanced.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist der Sollwert gleich dem Mittelwert der erfassten Werte der Größe. So kann sehr einfach eine gleichmäßige Aufteilung des Gesamtstroms durch die Schaltervorrichtung auf die einzelnen parallel geschalteten Schalter erreicht werden.In a further advantageous embodiment of the method is the Setpoint equal to the mean of the detected values of magnitude. So can very easy a uniform distribution the total current through the switch device to the individual parallel switch can be achieved.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist der Messzeitpunkt abhängig von einem Spannungsabfall über der Schaltervorrichtung und einem vorgegebenen Spannungsschwellenwert. Dies hat den Vorteil, dass sehr einfach ein gemeinsamer Messzeitpunkt für alle parallel geschalteten Schalter einer Schaltervorrichtung ermittelt werden kann, um die transienten Ströme in den jeweiligen Schaltern zu erfassen.In a further advantageous embodiment of the method is the Measuring time dependent from a voltage drop over the switch device and a predetermined voltage threshold. This has the advantage that very easily a common measurement time for all determined parallel switch of a switch device can be to the transient currents in the respective switches capture.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist jedem Schalter eine Verzögerungsvorrichtung zugeordnet, die als Zähler ausgebildet ist und die das Stellsignal für den Schalter abhängig von dem ersten Korrekturwert verzögert. Eine solche Vorrichtung ist sehr einfach.In a further advantageous embodiment of the device is each Switch a delay device assigned as counters is formed and the actuating signal for the switch depends on Delayed the first correction value. Such a device is very simple.
Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein System, das mindestens eine Vorrichtung umfasst, der jeweils eine Schaltervorrichtung zugeordnet ist.According to one second aspect, the invention is characterized by a system the at least one device comprises, each a switch device assigned.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems sind die Schalter durch MOSFET gebildet. Dies hat den Vorteil, dass solche Feldeffekttransistoren besonders gut für ihre Parallelschaltung geeignet sind. Dadurch können größere Ströme geschaltet werden als mit einem einzelnen Feldeffekttransistor.In An advantageous embodiment of the system are the switches formed by MOSFET. This has the advantage that such field effect transistors are particularly good for their parallel connection are suitable. This allows larger currents to be switched than with a single field effect transistor.
Ferner können so preisgünstige Standard-Feldeffekttransistoren verwendet werden.Further can so inexpensive Standard field-effect transistors be used.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der Schalter durch einen Sense-FET gebildet ist und die Größe zur Verfügung stellt, die repräsentativ ist für den Strom, der durch den Schalter fließt. Sense-FET sind Feldeffekttransistoren mit einem integrierten Stromsensor. Dies hat den Vorteil, dass die Größe sehr einfach erfasst werden kann und keine aufwändige Schaltung für die Messung des jeweiligen Stroms durch den Schalter erforderlich ist. Dadurch ist ein sehr kompakter Aufbau des Systems möglich und es entstehen keine zusätzlichen Verluste durch beispielsweise Messwiderstände. Ferner wird der Schaltvorgang nicht durch zusätzliche Streuinduktivitäten beeinträchtigt.In In this context, it is particularly advantageous if the switch is formed by a sense FET and provides the size that is representative is for the current flowing through the switch. Sense FETs are field effect transistors with an integrated current sensor. This has the advantage that the Size very much can be easily detected and no elaborate circuit for the measurement the current required by the switch. Thereby is a very compact design of the system possible and there are none additional Losses due to, for example, measuring resistors. Further, the switching operation not by additional stray inductances impaired.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are explained below with reference to the schematic drawings. It demonstrate:
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.elements same construction or function are cross-figurative with the same Provided with reference numerals.
Vorzugsweise
sind die Schalter
Aufgrund
eines positiven Temperaturkoeffizienten der Leistungs-MOSFET ist
im eingeschalteten Zustand eine weitgehend symmetrische Aufteilung der
Ströme
ohne schaltungstechnische Maßnahmen möglich. Während des
Ein- oder Ausschaltens der Schalter
Die
Schalter
Die
Verzögerungsvorrichtung
Vorzugsweise
sind die Schalter
Die
verstärkten
oder umgewandelten Sense-Ströme
I_S1, I_S2, I_SN der Schalter
In
dem Block B3 werden die Differenzströme DI1, DI2, DIN diskretisiert,
um die nachfolgende Verarbeitung zu vereinfachen. Die Diskretisierung
der Differenzströme
DI1, DI2, DIN erfolgt zu dem Messzeitpunkt, der durch ein Triggersignal
U_DS_TRIG signalisiert wird. Der Messzeitpunkt wird so ermittelt, dass die
Differenzströme
DI1, DI2, DIN während
des Schaltvorgangs der Schaltervorrichtung
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, die Diskretisierung in dem Block B3 so durchzuführen, dass ein Differenzwert gebildet wird, der drei verschiedene Werte annehmen kann. Der Differenzwert wird mit einem ersten Wert belegt, z.B. mit +1, wenn der Differenzstrom DI1, DI2, DIN größer ist als ein vorgegebener oberer Schwellenwert, wird mit einem zweiten Wert belegt, z.B. mit –1, wenn der Differenzstrom DI1, DI2, DIN kleiner ist als ein vorgegebener unterer Schwellenwert und der Differenzwert wird mit einem dritten Wert belegt, z.B. mit 0, wenn der Differenzstrom DI1, DI2, DIN zwischen dem oberen Schwellenwert und dem unteren Schwellenwert liegt. Es kann jedoch auch eine andere Diskretisierung vorgenommen werden oder auf eine Diskretisierung verzichtet werden.When has proved particularly advantageous in the discretization in perform the block B3 so that a difference value is formed, the three different values can accept. The difference value is assigned a first value, e.g. with +1, if the differential current DI1, DI2, DIN is greater as a predetermined upper threshold, with a second Value occupied, e.g. with 1, when the differential current DI1, DI2, DIN is smaller than a predetermined lower Threshold and the difference value comes with a third value occupied, e.g. with 0, if the differential current DI1, DI2, DIN between the upper threshold and the lower threshold. It however, a different discretization can also be made or dispense with a discretization.
Die
Ausgänge
der Blöcke
B3 sind mit den Eingängen
eines Blocks B4 gekoppelt, in dem ein Mehrgrößenregler ausgebildet ist.
In dem Block B4 wird für
jeden Schalter
In
Die
Sense-Spannungen U_S1, U_S2, U_SN werden jeweils über einen
zweiten Widerstand
Von
dem Mittelwert U_M der Spannung wird jeweils die Sense-Spannung U_S1, U_S2,
U_SN subtrahiert und eine Differenzspannung DU1, DU2, DUN ermittelt,
die am Ausgang des jeweiligen zweiten Operationsverstärkers
Die
Differenzspannung DU1, DU2, DUN wird dem Fensterkomparator an dem
nichtinvertierenden Eingang des dritten Operationsverstärkers
Die
Fensterkomparatoren ermöglichen
die einfache Diskretisierung der Differenzspannungen DU1, DU2, DUN
in drei unterschiedliche Werte. Die Ausgänge des dritten Operationsverstärkers
Das
in
Für jeden
Schalter
Dem
Eingang des jeweiligen ersten Reglers
Die Regelung in den Regelkreisen erfolgt bevorzugt zeitdiskret durch die Auswertung der Sense-Ströme I_S1, I_S2, I_SN oder der Differenzströme DI1, DI2, DIN nur jeweils zu dem Messzeitpunkt während der Schaltvorgänge. Ein solcher Messzeitpunkt ist beispielsweise durch das Triggersignal U_DS_TRIG vorgegeben. Es können auch mehrere Messzeitpunkte während eines Schaltvorgangs vorgegeben sein.The Control in the control circuits is preferably carried out in a time-discrete manner the evaluation of the sense currents I_S1, I_S2, I_SN or the differential currents DI1, DI2, DIN only in each case at the time of measurement during the switching operations. Such a measurement time is, for example, by the trigger signal U_DS_TRIG specified. It can also several measuring times during be predetermined a switching operation.
Vorteilhafterweise
werden die ersten Korrekturwerte COR11, COR12, COR1N jeweils separat
für Einschaltvorgänge und
Ausschaltvorgänge
ermittelt. Entsprechend ist jeweils für den Einschaltvorgang und
für den
Ausschaltvorgang für
jeden Schalter
Der
erste Regler
Alternativ
zu den in
In
einem Schritt S1 werden beispielsweise vorgegebene Ausgangsbedingungen
geschaffen, die zur Durchführung
des derfahrens erforderlich sind. Beispielsweise wird ein aktueller
Schaltzustand STATUS der Schalter
In
einem Schritt S2 wird die Drain-Source-Spannung U_DS erfasst. In
einem Schritt S3 wird der Schaltzustand STATUS der Schaltervorrichtung
Ist
die Bedingung in dem Schritt S3 nicht erfüllt, ist der Schaltzustand
STATUS der Schaltervorrichtung
Claims (11)
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Owner name: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE |
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