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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterbrechen einer ersten Phasenleitung eines elektrischen Antriebsmotors eines Lenksystems.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Im Stand der Technik sind Trennschalter zur Phasentrennung (Freischalten der Phasenleitungen) eines elektrischen Antriebsmotors bekannt.
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Ferner ist aus der
EP 2 112 051 A1 eine Lenksteuervorrichtung bekannt, bei der MOSFETs als Notschaltelemente in jeweils einer Stromversorgungsleitung einer Motorantriebsschaltung vorgesehen sind.
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Zudem offenbart die
WO 02/ 094 636 A1 ein Verfahren zum Unterbrechen des Statorwicklungskreises eines Synchron-Elektromotors.
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Ein elektrisches Kraftlenksystem gemäß der
DE 10 2008 034 326 A1 weist eine Leistungsumwandlungsschaltung mit MOSFETs auf, wobei ein Relais ausgeschaltet wird, das mit einem einen Kurzschlussfehler aufweisenden MOSFET verbunden ist.
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Die
DE 195 48 270 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung zur Leistungssteuerung einer Last.
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Der in der
DE 10 2004 011 441 A1 beschriebene Gegenstand betrifft eine Motorsteuervorrichtung zum Steuern einer an einen Motor angelegten Spannung durch Steuern eines Halbleiterschaltelements in einem Pulsweitenmodulationsmodus (PWM).
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Eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines zum Steuern einer Last vorgesehenen elektronischen Schalters ist ferner aus der
DE 199 63 384 A1 bekannt.
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Darüber hinaus verfügt eine Motorantriebsvorrichtung gemäß der
US 2011 / 0 273 122 A1 über eine Wechselrichterschaltung mit Halbleiterschaltelementen um einen Motor basierend auf einem EIN/AUS Betrieb der Halbleiterschaltelemente mit Spannung zu versorgen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Trennschalter zum Freischalten bzw. Abkoppeln eines elektrischen Antriebsmotors eines Lenksystems (Phasentrennung) sollen im Fehlerfall eine Blockierung des betreffenden Lenksystems durch einen fehlerhaft angesteuerten Antriebsmotor bzw. durch einen defekten Antriebsmotor verhindern. Der Antriebsmotor kann ein dreiphasiger Wechselstrom-Motor oder ein Gleichstrom-Motor sein. Ein dreiphasiger Wechselstrom-Motor wird typischerweise über eine Endstufe mit sechs Leistungs-Mosfets pulsweitenmoduliert angetrieben. Üblicherweise erfolgt im Fehlerfall eine Phasentrennung, nachdem zunächst die betreffende Endstufe abgeschaltet wurde. Hierdurch soll sichergestellt werden, dass der vom jeweiligen Trennschalter zu schaltende Motorstrom bereits weitgehend abgeklungen ist. Nach Abschalten der Endstufe fließt durch die Phasenleitungen eines Servomotors nur noch ein Wechselstrom, der sich durch den generatorischen Betrieb (Massenträgheit des Systems, Fahrzeug-Reaktionen) einstellt. Dieser Wechselstrom ist sinusförmig und weist Minima und Maxima auf. Wird eine Phasentrennung zeitlich relativ schnell und an einem Zeitpunkt vorgenommen, an dem der Wechselstrom ein Maximum aufweist, kann am betreffenden Trennschalter eine hohe induktiv erzeugte Spannung anliegen. Der Trennschalter muss für diesen Betrieb ausgelegt sein, beispielsweise kann als Trennschalter ein Mosfet mit einer entsprechenden Spannungs- oder Avalanche-Festigkeit verwendet werden. Bei einem zeitlich relativ langsamen Öffnen des Trennschalters wird zwar keine hohe Spannung über dem Trennschalter erzeugt, jedoch wird der Trennschalter im aktiven Bereich betrieben und muss entsprechend für eine maximale Verlustleistung ausgelegt werden. In beiden Fällen, zeitlich schnelles Öffnen oder zeitlich langsames Öffnen bei gleichzeitigem Stromfluss, ist im Regelfall ein speziell für diesen Fall ausgelegter, vergleichsweise teurer, Trennschalter notwendig.
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Eine Aufgabe ist daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die Verwendung von kostengünstigen Leistungsschaltern ermöglicht, die eine geringere Spannungs- oder Avalanchefestigkeit bzw. eine geringere zulässige maximale Verlustleistung aufweisen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Eine nicht beanspruchte Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektrischen Antriebsmotors eines Lenksystems, umfassend: einen Trennschalter zur Unterbrechung einer Phasenleitung des Antriebsmotors und ein erstes Element zum Ansteuern des Trennschalters, wobei die Vorrichtung ein zweites Element zur Bestimmung des Stroms der Phasenleitung aufweist, wobei das erste Element durch das zweite Element aktivierbar ist.
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Dabei wird durch die Vorrichtung detektiert, zu welchem Zeitpunkt kein Strom bzw. nur ein sehr kleiner Strom in der zu schaltenden Phasenleitung fließt, um zu diesem Zeitpunkt, falls eine Störung vorliegt, eine Unterbrechung der Phasenleitung vornehmen zu können.
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Als Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Unterbrechen einer ersten Phasenleitung eines elektrischen Antriebsmotors eines Lenksystems zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte: Messen des Momentanstroms der ersten Phasenleitung und falls der Momentanstrom kleiner als ein Schwellwert ist: Ansteuern eines ersten Trennschalters zum Unterbrechen der ersten Phasenleitung.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei das erste Element und/oder das zweite Element in einem Endstufentreiber zur Ansteuerung des Antriebsmotors integriert ist.
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Eine Integration des ersten und/oder zweiten Elements innerhalb eines Endstufen-treibers ermöglicht eine kostengünstige Realisierung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung eine dreiphasige Brücke als Endstufe für den Antriebsmotor umfasst, mit einem Pfad, wobei der Pfad einen Highside-Mosfet und einen Lowside-Mosfet aufweist, wobei das zweite Element zur Bestimmung der Source-Drain-Spannung des Highside-Mosfets und/oder der Source-Drain-Spannung des Lowside-Mosfets vorgesehen ist.
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Durch die Bestimmung der Spannungen zwischen den Source-Drain-Anschlüssen kann sehr einfach bestimmt werden, ob in dem betreffenden offenen Mosfet ein Strom über die parasitäre Body-Diode fließt. Fließt in dem betreffenden Mosfet über die Body-Diode ein Strom, so muss eine Durchlassspannung an der Body-Diode feststellbar sein. Durch die Bestimmung der beiden Source-Drain-Spannungen eines Pfades kann sicher festgestellt werden, ob ein entsprechender Trennungsschalter leistungsfrei oder nahezu leistungsfrei geöffnet werden kann, bzw. ob beim Öffnen hohe induktiv erzeugte Spannungen erzeugt werden können.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei der Antriebsmotor von einer dreiphasigen Brücke als Endstufe angesteuert wird, wobei die Brücke einen ersten Pfad mit einem ersten Highside-Mosfet und einem ersten Lowside-Mosfet aufweist, umfassend die Schritte: Bestimmen der Source-Drain-Spannung des ersten Highside-Mosfets, Bestimmen der Source-Drain-Spannung des ersten Lowside-Mosfets und Unterbrechen der zugehörigen ersten Phasenleitung, falls beide Source-Drain-Spannungen unterhalb eines Schwellwerts sind.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei der Schwellwert die Schwellspannung der Body-Diode des ersten Highside-Mosfets und/oder des ersten Lowside-Mosfets ist und/oder wobei der Schwellwert innerhalb eines Bereichs zwischen 0,3 V und 1 V liegt, insbesondere 0,3 V ist.
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Vorliegend wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei ein zweiter Trennschalter zum Unterbrechen einer zweiten Phasenleitung des Antriebsmotors und ein dritter Trennschalter zum Unterbrechen einer dritten Phasenleitung des Antriebsmotors vorgesehen ist, wobei die dreiphasige Brücke einen zweiten Pfad mit einem zweiten Highside-Mosfet und einem zweiten Lowside-Mosfet und einen dritten Pfad mit einem dritten Highside-Mosfet und einem dritten Lowside-Mosfet umfasst, wobei der zweite Trennschalter zum zweiten Highside-Mosfet und zum zweiten Lowside-Mosfet zugehörig ist, wobei der dritte Trennschalter zum dritten Highside-Mosfet und zum dritten Lowside-Mosfet zugehörig ist, wobei der dritte Highside-Mosfet oder der dritte Lowside-Mosfet defekt ist, umfassend die Schritte: zunächst Ausschalten des ersten Highside-Mosfets, des ersten Lowside-Mosfets, des zweiten Highside-Mosfets und des zweiten Lowside-Mosfets, Ausschalten des dritten Highside-Mosfets, falls der dritte Lowside-Mosfet defekt ist, oder Ausschalten des dritten Lowside-Mosfets, falls der dritte Highside-Mosfet defekt ist, danach mit einer ersten Zeitverzögerung Ausschalten des ersten und zweiten Trennschalters, danach mit einer zweiten Zeitverzögerung Ausschalten des dritten Trennschalters.
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Liegt ein Fehlerfall vor, erfolgt zunächst eine Abschaltung aller Leistungsschalter/FETs der Endstufe bis auf den defekten Leistungsschalter, der nicht angesteuert und daher auch nicht abgeschaltet werden kann. Nachdem sämtliche intakten Leistungsschalter der Endstufe abgeschaltet wurden, wird erfindungsgemäß eine Zeitspanne abgewartet, beispielsweise ca. 5 bis 20 ms, bis sich die Energie aus dem Motor abgebaut hat, d. h. der motorisch erzeugte Strom auf nahe Null abgeklungen ist. Die Information welcher FET (in welchem Zweig) kurzgeschlossen ist, kann über eine Diagnose entweder des Endstufen-Treibers oder durch Rücklesen der Motorphasenspannungen erlangt werden. Danach werden die High- und Lowside-Source-Drain-Spannungen der beiden Pfade der Endstufe gemessen, deren Leistungsschalter/Fets nicht defekt sind. Falls bzw. sobald diese Spannungen sehr gering sind, kann von einem kleinen Momentanstrom in den zugehörigen Phasenleitungen ausgegangen werden und der betreffende Trennschalter kann geöffnet werden, ohne dass eine hohe Leistung geschaltet werden muss bzw. eine hohe induktiv erzeugte Abschaltsppannung erzeugt werden könnte. Der Trennschalter, bzw. Trenn-FET, dessen zugehörige Leistungsschalter der Endstufe mindestens einen defekten Leistungsschalter aufweisen, kann geöffnet werden, falls die Motor-EMK-Spannung (abhängig vom Motortyp und Motordrehzahl) nicht zu hoch ist. Optional kann zuvor noch eine Wartezeit eingelegt werden. Wenn die durch die Motor-EMK-Spannung verursachte Spannung höher als die Batteriespannung zuzüglich der zweifachen Bodydioden-Schwellspannung ist, fließt durch diesen Trennschalter ein hoher Strom und ein nahezu leistungsfreies Schalten bzw. das Vermeiden hoher induktiver Spannungen kann nicht garantiert werden. Dies gilt insbesondere für den Spezialfall, dass die Trennschalter MOS-FETs sind und daher parasitäre Bodydioden aufweisen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei die erste und/oder die zweite Zeitverzögerung Null oder größer als Null ist, wobei die erste Zeitverzögerung insbesondere im Bereich von 5 ms bis 20 ms ist und/oder wobei die zweite Zeitverzögerung insbesondere im Bereich von 1 ms bis 20 ms ist.
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Die erste Verzögerungszeit ist vorrangig bestimmt durch die Motor-Zeitkonstante. Typische Motorzeitkonstanten sind 1 ms bis 4 ms. Die erste Zeitverzögerung sollte größer als 4 bis 5 Zeitkonstanten sein, woraus sich der vorteilhafte Bereich von 5 ms bis 20 ms ergibt.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei ein zweiter Trennschalter zum Unterbrechen einer zweiten Phasenleitung des Antriebsmotors und ein dritter Trennschalter zum Unterbrechen einer dritten Phasenleitung des Antriebsmotors vorgesehen ist, wobei die dreiphasige Brücke einen zweiten Pfad mit einem zweiten Highside-Mosfet und einen zweiten Lowside-Mosfet und einen dritten Pfad mit einem dritten Highside-Mosfet und einem dritten Lowside-Mosfet umfasst, wobei der zweite Trennschalter zum zweiten Highside-Mosfet und zum zweiten Lowside-Mosfet zugehörig ist, wobei der dritte Trennschalter zum dritten Highside-Mosfet und zum dritten Lowside-Mosfet zugehörig ist, wobei der dritte Highside-Mosfet oder der dritte Lowside-Mosfet defekt ist, umfassend die Schritte: zunächst Ausschalten des ersten Highside-Mosfets, des ersten Lowside-Mosfets, des zweiten Highside-Mosfets und des zweiten Lowside-Mosfets, Ausschalten des dritten Highside-Mosfets, falls der dritte Lowside-Mosfet defekt ist, oder Ausschalten des dritten Lowside-Mosfets, falls der dritte Highside-Mosfet defekt ist, danach mit einer ersten Zeitverzögerung: Ausschalten des ersten und zweiten Trennschalters, danach, falls der dritte Highside-Mosfet defekt ist: Bestimmen der Source-Drain-Spannungen des ersten und des zweiten Lowside-Mosfets, Ausschalten des dritten Trennschalters, falls die Source-Drain-Spannungen des ersten und des zweiten Lowside-Mosfets unterhalb des Schwellwerts sind oder, falls der dritte Lowside-Mosfet defekt ist: Bestimmen der Source-Drain-Spannungen des ersten und des zweiten Highside-Mosfets, Ausschalten des dritten Trennschalters, falls die Source-Drain-Spannungen des ersten und des zweiten Highside-Mosfets unterhalb des Schwellwerts sind.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte: falls der dritte Highside-Mosfet defekt ist: Messen erster Momentanströme durch den ersten und den zweiten Highside-Mosfet, Feststellen, ob die ersten Momentanströme Null oder klein sind oder falls der dritte Lowside-Mosfet defekt ist: Messen zweiter Momentanströme durch den ersten und zweiten Lowside-Mosfet, Feststellen, ob die zweiten Momentanströme Null oder klein sind und/oder Ausschalten des ersten Highside-Mosfets, des ersten Lowside-Mosfets, des zweiten Highside-Mosfets und des zweiten Lowside-Mosfets, Ausschalten des dritten Highside-Mosfets, falls der dritte Lowside-Mosfet defekt ist, oder Ausschalten des dritten Lowside-Mosfets, falls der dritte Highside-Mosfet defekt ist innerhalb einer Zeitspanne, insbesondere innerhalb einer 1ms.
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Falls festgestellt werden kann, dass ein Highside-Mosfet defekt ist, dann müssen nur die Highside-Mosfets auf Ströme geprüft werden, da nur über diese ein Stromkreis geschlossen werden kann. Entsprechendes gilt für den Fall eines defekten Lowside-Mosfets. Ferner muss bei Erkennen eines Kurzschlusses eines Leistungsschalters einer Endstufe, die Endstufe innerhalb einer kurzen Zeitspanne abgeschaltet werden, um eine Beschädigung der bislang intakten Leistungsschalter der Endstufe durch hohe Ströme bzw. thermische Belastung ausschließen zu können.
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Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, eine Ansteuerung für einen Trennschalter zur Verfügung zu stellen, wobei der Trennschalter angesteuert bzw. aktiviert wird (und dadurch geöffnet wird), falls die zu schaltende Phase bzw. der zu schaltende Pfad einen nur geringen Momentanstrom oder einen Momentanstrom von Null führt.
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Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
- 1 eine Ansteuerung eines Antriebsmotors eines Lenksystems,
- 2 eine Situation bei der ein Leistungsschalter einer Endstufe einen Kurzschluss aufweist,
- 3 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 4 ein Flussdiagramm eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 5 eine Situation bei der ein Leistungsschalter einer Endstufe einen Kurzschluss aufweist, wobei als Trennschalter Mosfets verwendet werden,
- 6 ein Flussdiagramm eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 7 ein Flussdiagramm eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens und
- 8 ein Flussdiagramm eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt einen elektrischen Antriebsmotor 103 mit drei Phasen, wobei an jeder Phasenleitung eine gesamte Motor-Induktivität 106 und ein Motor-Widerstand 105 ausgebildet ist. Die einzelnen Phasenleitungen des Antriebsmotors 103 liegen jeweils an Mittelpunkten der Pfade einer dreiphasigen Brücke (dreifache Halbbrücke) an, wobei die Brücke sechs Leistungs-Mosfets 101, 107, 108, 109, 110, 111 als Leistungsschalter aufweist. Die Brücke besteht aus drei Pfaden mit jeweils zwei Mosfets, und zwar einem ersten Pfad mit einem Highside-Mosfet 101 und einem Lowside-Mosfet 111, einem zweiten Pfad mit einem Highside-Mosfet 107 und einem Lowside-Mosfet 110 und einem dritten Pfad mit einem Highside-Mosfet 108 und einem Lowside-Mosfet 109. Zwischen der Endstufe und den Phasenleitungen des Elektromotors 103 sind Trennschalter 102 angeordnet, die von einem Endstufentreiber 104 angesteuert werden. Der Endstufentreiber 104 ist insbesondere dafür vorgesehen, die einzelnen Leistungsschalter der Endstufe anzusteuern. Bei einer defekten Endstufe (, insbesondere Kurzschluss einer Phase des betreffenden Motors auf Zwischenkreisspannung oder/und Ground,) oder einem beschädigten Elektromotor 103 kann der Elektromotor 103 von der Endstufe durch die Trennschalter 102 abgekoppelt werden, um ein Blockieren des Elektromotors 103, insbesondere eines Synchronmotors, was zu einer Blockierung des Lenksystems führen kann, zu verhindern. Erfindungsgemäß werden die Trennschalter 102 hierbei dann hochohmig geschaltet, und damit der Elektromotor 103 freigeschaltet, falls ein Nulldurchgang des Stroms oder ein minimaler Strom in der zu schaltenden Phasenleitung vorliegt. Es kann hierdurch vermieden werden, dass während des Ausschaltvorgangs an den Trennschaltern 102 hohe induktiv erzeugte Spannungen bzw. hohe Verlustleistungen auftreten. Als Trennschalter können Mosfets, bipolare Transistoren oder IGBTs eingesetzt werden. Als Endstufen-Schalter werden üblicherweise Mosfets mit integrierten Body-Dioden verwendet.
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Ein Fehlerfall könnte beispielsweise dazu führen, dass ein Leistungsschalter der Endstufe kurzgeschlossen wird, wodurch sich zwischen der Drain- und der Source-Elektrode des betreffenden Leistungsschalters ein Kurzschluss ergeben würde. 2 zeigt einen derartigen Fehlerfall. Ein Endstufentreiber könnte diesen Fehlerfall feststellen und daraufhin die Endstufe, also die noch ansteuerbaren fünf Leistungsschalter, abschalten. Nach dem Abschalten der noch intakten Leistungsschalter sind Ströme innerhalb der Endstufe nur noch in Richtung der Body-Dioden der Leistungsschalter möglich (mit Ausnahme des kurzgeschlossenen Leistungsschalters 207, der „bidirektional“ wirkt). Der Antriebsmotor 203 kann sich durch Massenträgheit bzw. Reaktion des betreffenden Fahrzeugs mechanisch weiterbewegen. Hierdurch werden im Antriebsmotor 203 drei um 120° phasenversetzte Sinusspannungen erzeugt. Diese Sinusspannungen können über den kurzgeschlossenen Leistungsschalter 207 und die Bodydioden 210 Ströme treiben, die als Wechselströme Maxima und Minima aufweisen können. Diese Ströme können durch einen Spannungsabfall zwischen den Mittelpunktabgriffen 211 und dem Zwischenkreispotential festgestellt werden. Sind diese Spannungen größer als beispielsweise 0,3 Volt (Durchlassspannungen von Mosfet-Body-Dioden liegen typischerweise im Bereich von 0,3 V bis 1,5 V), so kann davon ausgegangen werden, dass in den entsprechenden Pfaden ein Strom fließt. Erfindungsgemäß wird eine Ansteuerung der Trennschalter 202 zur Phasentrennung des Elektromotors 203 zu einem Zeitpunkt vorgenommen, an dem kein oder nur ein geringer Strom, und daher ein Minimum des Momentanstroms in der entsprechenden Phasenleitung, vorliegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine leistungsfreie bzw. eine nahezu leistungsfreie Schaltung der Trennschalter 202 ermöglicht werden kann und dass keine oder nur kleine induktiv erzeugte Spannungen an den Anschlüssen des geöffneten Trennschalters anliegen. Da hohe induktiv erzeugte Spannungen bzw. hohe Verlustleistungen vermieden werden, können als Trennschalter 202 Leistungsschalter eingesetzt werden, die eine geringere Spannungsfestigkeit bzw. eine niedrigere maximal zulässige Verlustleitung aufweisen und daher kostengünstig sind.
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3 zeigt ein Flussdiagramm, das einen erfindungsgemäßen Ablauf zum Unterbrechen einer Phasenleitung eines elektrischen Antriebsmotors eines Lenksystems darstellt, wobei zunächst der Momentanstrom, der durch eine Phasenleitung fließt, gemessen wird 301. Falls der gemessene Momentanstrom Null oder sehr klein ist 302, wird der entsprechende Trennschalter angesteuert 303, um die Phasenleitung zu unterbrechen.
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4 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei ein Antriebsmotor von einer dreiphasigen Brücke als Endstufe angesteuert wird. Diese Brücke weist daher einen ersten Pfad mit einem ersten Highside-Mosfet und einem ersten Lowside-Mosfet auf. Zunächst werden die Source-Drain-Spannung des ersten Highside-Mosfets und die Source-Drain-Spannung des ersten Lowside-Mosfets bestimmt 401. Falls diese Source-Drain-Spannungen unterhalb eines Schwellwerts liegen, kann die zugehörige erste Phasenleitung durch den Trennschalter unterbrochen werden 402, ohne dass dabei der Trennschalter hohe Leistungen schalten müsste und ohne dass dadurch hohe induktive Spannungen erzeugt werden würden.
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5 zeigt einen Störfall mit einem kurzgeschlossenen Leistungsschalter 502 einer Endstufe 503. Der Unterschied der vorliegenden Schaltung zur Schaltung nach 2 ist darin zu sehen, dass in die Trennschalter Mosfets 508, 516 die parasitären Bodydioden der Mosfets explizit eingezeichnet wurden. Die Trennschalter 516, die zu intakten Pfaden gehören, können geöffnet werden. Der Trennschalter 508, der zum defekten Pfad gehört, ist zunächst noch geschlossen. In dieser Situation ist die Summe der EMK-Spannungen 510, 511 so gerichtet, dass zwischen den Knoten 512, 504 eine positive Spannung vorliegt. Die Amplitude dieser Spannung ist größer als die Spannung 501 zuzüglich der Dioden-Schwellspannung der Bodydiode des Lowside-Mosfet 513 zuzüglich dem Spannungsabfall am kurzgeschlossenen Highside-Mosfet. Es fließt daher ein Strom über die Bodydiode 513, die Bodydiode 516, die dritte Phase 514 des Antriebsmotors 505, die erste Phase 515 des Antriebsmotors 505, den noch geschlossenen Trennschalter 508, den kurzgeschlossenen Mosfet 502 und die Spannungsquelle 501. Analoges gilt für die Spannung zwischen den Knoten 512 und 520. Bei einem defekten/kurzgeschlossenen Highside-Mosfet 502 kann daher vor dem Öffnen des Trennschalters 508 noch ein Strom über die Lowside-Dioden der Endstufe 503 fließen. Es werden daher die Source-Drain-Spannungen der Lowside-Mosfet 513, 517 gemessen und falls diese Spannungen unterhalb eines Schwellwerts liegen, kann der Trennschalter 508 geöffnet werden. Ist statt einem Highside-Mosfet ein Lowside-Mosfet defekt, kann grundsätzlich ein Strom über die Highside-Dioden der Endstufe 503 fließen. Es werden daher die Source-Drain-Spannungen der Highside-Mosfets 518, 519 gemessen und analog verfahren.
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6 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren anhand eines Flussdiagramms, wobei gemäß dem Verfahren zunächst die noch intakten Mosfets der Endstufe angesteuert und damit ausgeschaltet werden 601. (Der defekte Mosfet kann nicht angesteuert werden und daher auch nicht ausgeschaltet werden.) Die Information welcher Mosfet defekt bzw. kurzgeschlossen ist, kann über eine Diagnose durch den Endstufentreiber oder durch Rücklesen der Motorphasenspannungen erhalten werden. Danach kann zwischen ca. 5 ms und 20 ms gewartet werden, bis die Energie aus dem Antriebsmotor soweit abgebaut ist, dass der erste und der zweite Trennschalter geöffnet werden können 602. Nach einer weiteren Wartezeit/Zeitverzögerung kann der dritte Trennschalter, dessen zugehöriger Pfad mindestens einen defekten Mosfet aufweist, angesteuert werden 603, um auch die dritte Phasenleitung unterbrechen zu können.
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7 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Ablauf anhand eines Flussdiagramms. Die Endstufe ist als eine dreiphasige Brücke aufgebaut mit einem zweiten Pfad mit einem zweiten Highside-Mosfet und einem zweiten Lowside-Mosfet und einem dritten Pfad mit einem dritten Highside-Mosfet und einem dritten Lowside-Mosfet. Es ist ein zweiter und ein dritter Trennschalter vorhanden, wobei der zweite Trennschalter zum zweiten Highside-Mosfet und zum zweiten Lowside-Mosfet zugehörig ist und der dritte Trennschalter zum dritten Highside-Mosfet und zum dritten Lowside-Mosfet zugehörig ist. Ferner wird davon ausgegangen, dass zumindest ein Leistungsschalter, also ein Mosfet defekt ist, und zwar entweder der dritte Highside-Mosfet oder der dritte Lowside-Mosfet. Ausgehend von dieser Situation ergeben sich die folgenden erfindungsgemäßen Schritte: zunächst Ausschalten des ersten Highside-Mosfets, des ersten Lowside-Mosfets, des zweiten Highside-Mosfets und des zweiten Lowside-Mosfets 701, Ausschalten des dritten Highside-Mosfets 703, falls der dritte Lowside-Mosfet defekt ist 702, oder Ausschalten des dritten Lowside-Mosfets 704, falls der dritte Highside-Mosfet defekt ist 702, danach mit einer ersten Zeitverzögerung Ausschalten des ersten und zweiten Trennschalters 705, danach, falls der dritte Highside-Mosfet defekt ist 706: Bestimmen der Source-Drain-Spannungen des ersten und des zweiten Lowside-Mosfets 707, Ansteuern des dritten Trennschalters zum Unterbrechen der dritten Phasenleitung 711, falls die Source-Drain-Spannungen des ersten und des zweiten Lowside-Mosfets unterhalb eines Schwellwerts sind 709 oder, falls der dritte Lowside-Mosfet defekt ist 706: Bestimmen der Source-Drain-Spannungen des ersten und des zweiten Highside-Mosfets 708, Ausschalten des dritten Trennschalters 711, falls die Source-Drain-Spannungen des ersten und des zweiten Highside-Mosfets unterhalb eines Schwellwerts sind 710.
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8 zeigt anhand eines Flussdiagramms ein erfindungsgemäßes Verfahren. Falls der dritte Highside-Mosfet defekt ist 801, werden nur die Momentanströme durch den ersten und den zweiten Highside-Mosfet gemessen 802, da dann nur über diese ein Stromkreis geschlossen werden kann. Falls der dritte Lowside-Mosfet defekt ist 801, werden die Momentanströme durch den ersten und zweiten Lowside-Mosfet gemessen 803, um einen geeigneten Unterbrechungszeitpunkt feststellen zu können, da nur über diese dann sich ein Stromkreis schließen kann.
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Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
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Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
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LISTE DER BEZUGSZEICHEN
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- 101
- Highside-Mosfet
- 102
- Trennschalter
- 103
- Antriebsmotor/Elektromotor
- 104
- Endstufentreiber
- 105
- Leitungswiderstände
- 106
- Induktivitäten des Antriebsmotors
- 107
- Highside-Mosfet
- 108
- Highside-Mosfet
- 109
- Lowside-Mosfet
- 110
- Lowside-Mosfet
- 111
- Lowside-Mosfet
- 201
- defekte Endstufe
- 202
- Trennschalter
- 203
- Antriebsmotor
- 204
- Endstufentreiber
- 205
- Leitungswiderstände des Antriebsmotors
- 206
- Induktivitäten des Antriebsmotors
- 207
- kurzgeschlossener Leistungsschalter
- 208
- Zwischenkreispotential
- 209
- Input des Zwischenkreispotentials in Endstufentreiber
- 210
- Body-Dioden der ausgeschalteten Leistungsschalter
- 211
- Mittelabgriffe der Halbbrücken der Endstufe
- 301
- Messen I
- 302
- Abfrage, ob I ungefähr Null ist,
- 303
- Ansteuern Trennschalter
- 401
- Messen Source-Drain-Spannungen
- 402
- Abfrage, ob Source-Drain-Spannungen unterhalb Schwellwert sind,
- 403
- Unterbrechen Phasenleitung
- 501
- Zwischenkreispotential
- 502
- kurzgeschlossener Highside-Mosfet
- 503
- Endstufe
- 504
- Knoten
- 505
- Antriebsmotor
- 506
- Leitungswiderstände des Antriebsmotors
- 507
- Induktivitäten des Antriebsmotors
- 508
- Trennschalter
- 509
- Input des Zwischenkreispotentials in Endstufentreiber
- 510
- EMK-Spannung
- 511
- EMK-Spannung
- 512
- Knoten
- 513
- parasitäre Bodydiode
- 514
- Phasenleitung
- 515
- Phasenleitung
- 516
- Trennschalter
- 517
- parasitäre Bodydiode
- 518
- parasitäre Bodydiode
- 519
- parasitäre Bodydiode
- 520
- Knoten
- 601
- Ausschalten Mosfets
- 602
- Ausschalten des ersten und zweiten Trennschalters
- 603
- Ausschalten des dritten Trennschalters
- 701
- Ausschalten des ersten Highside-Mosfets, des ersten Lowside-Mosfets, des zweiten Highside-Mosfets und des zweiten Lowside-Mosfets
- 702
- Abfrage, ob dritter Lowside-Mosfet defekt ist,
- 703
- Ausschalten des dritten Highside-Mosfets,
- 704
- Ausschalten des dritten Lowside-Mosfets
- 705
- Ausschalten des ersten und zweiten Trennschalters
- 706
- Abfrage, ob der dritte Highside-Mosfet defekt ist,
- 707
- Messen Source-Drain-Spannungen
- 708
- Messen Source-Drain-Spannungen
- 709
- Abfrage, ob Source-Drain-Spannungen unterhalb eines Schwellwerts sind,
- 710
- Abfrage, ob Source-Drain-Spannungen unterhalb eines Schwellwerts sind,
- 711
- Ansteuern Trennschalter
- 801
- Abfrage, ob der dritte Highside-Mosfet defekt ist,
- 802
- Messen Highside-Ströme
- 803
- Messen Lowside-Ströme
