DE102014107561B4 - Strommessung und Überstromerkennung - Google Patents

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    • H02H3/083—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for three-phase systems

Abstract

System (22), welches aufweist:eine Vorrichtung (34), welche einen elektrischen Leiter (56) und einen Stromsensor (58) aufweist, wobei der Stromsensor (58) dafür ausgelegt ist, ein Signal auszugeben, das für eine durch den elektrischen Leiter (56) fließende Strommenge (Ia) indikativ ist, wobei der Stromsensor (58) und der elektrische Leiter (56) galvanisch getrennt sind;eine Stromdiagnoseschaltung (32), welche dafür ausgelegt ist:einen Spannungspegel über dem elektrischen Leiter (56) der Vorrichtung (34) zu bestimmen; undauf einer Basis des bestimmten Spannungspegels einen zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) zu bestimmen, wobei der zusätzliche Messwert ein zusätzlicher Wert zu einem Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) ist, der unter Verwendung des Stromsensors (58) der Vorrichtung (34) bestimmt wird;eine Halbbrücke mit einem Schalter (Tah, Tal), welcher ein Fließen des Stroms durch den elektrischen Leiter (56) ermöglicht; undeinen Gate-Treiber (28, 30), welcher dafür ausgelegt ist, den Schalter (Tah, Tal) zu aktivieren oder zu deaktivieren, um ein Fließen des Stroms durch den elektrischen Leiter (56) zu ermöglichen oder zu verhindern,wobei der elektrische Leiter (56) zwischen einem Halbbrückenausgang und einem Knoten zur Verbindung mit einem Elektromotor (16) angeordnet ist, wobei der durch den elektrischen Leiter (56) fließende Strom (Ia) eine Phase von mehreren Phasen des Elektromotors (16) antreibt, undwobei der Halbbrückenausgang und die Stromdiagnoseschaltung (32) das gleiche Referenzpotential aufweisen,wobei das System (22) ferner aufweist:eine Steuereinrichtung (24), welche auf ein Massepotential bezogen ist, das von einem Massepotential der Stromdiagnoseschaltung (32) verschieden ist; undeine Isolationsbarriere (26);wobei die Stromdiagnoseschaltung (32) dafür ausgelegt ist, Daten, welche den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) angeben, über die Isolationsbarriere (26) zu der Steuereinrichtung (24) zu übertragen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft Strommessung und Überstromerkennung, und insbesondere Phasenstrommessung und Überstromerkennung des Phasenstroms.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Elektromotoren werden durch elektrischen Strom angetrieben. Während des Betriebs eines Elektromotors ist es im Allgemeinen wünschenswert, den elektrischen Strom zu messen, um zu bestimmen, ob irgendeine Änderung des Stroms erforderlich ist. Die Messung des elektrischen Stroms kann auch für Diagnose- und Schutzzwecke verwendet werden. Aus US 2012 / 0 262 151 A1 und DE 100 60 490 A1 sind Anordnungen zur Versorgung eines Motors mit einer Batterie über eine Leitung bekannt, die einen ersten Sensor, der einen Spannungsabfall in der Leitung erfasst, und einen zweiten Sensor, der als Hall-Sensor ausgebildet ist, umfassen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Im Allgemeinen betreffen die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken die Nutzung des bereits existierenden elektrischen Leiters, welcher eine Last (z B. einen Elektromotor) antreibt, als einen Shunt (Nebenwiderstand) für eine Art und Weise des Bestimmens der Menge des zu der Last fließenden Stroms. Zum Beispiel kann eine Schaltung den Spannungspegel über dem elektrischen Leiter bestimmen, um die Menge des zu der Last fließenden Stroms zu bestimmen. Der elektrische Leiter kann Teil einer Vorrichtung (isolating device) sein. In einigen Beispielen gibt die Vorrichtung ein Signal aus, welches elektrisch getrennt (isoliert) ist und welches ebenfalls verwendet werden kann, um die durch den elektrischen Leiter fließende Strommenge zu bestimmen.
  • In einem Beispiel beschreibt diese Offenbarung ein System, das eine Vorrichtung und eine Stromdiagnoseschaltung aufweist. Die Vorrichtung weist einen elektrischen Leiter und einen Stromsensor auf, die galvanisch getrennt sind. In diesem Beispiel ist der Stromsensor dafür ausgelegt, ein Signal auszugeben, das für eine durch den elektrischen Leiter fließende Strommenge indikativ ist. Die Stromdiagnoseschaltung ist dafür ausgelegt, einen Spannungspegel über dem elektrischen Leiter der Vorrichtung zu bestimmen und auf der Basis der bestimmten Spannung einen zusätzlichen Messwert einer durch den elektrischen Leiter fließenden Strommenge zu bestimmen. In diesem Beispiel ist der zusätzliche Messwert ein zusätzlicher Wert zu einem Messwert der durch den elektrischen Leiter fließenden Strommenge, der unter Verwendung des Sensors der Vorrichtung bestimmt wird. Das System umfasst auch eine Halbbrücke mit einem Schalter, welcher ein Fließen des Stroms durch den elektrischen Leiter ermöglicht, und einen Gate-Treiber, welcher dafür ausgelegt ist, den Schalter zu aktivieren oder zu deaktivieren, um ein Fließen des Stroms durch den elektrischen Leiter zu ermöglichen oder zu verhindern. Der elektrische Leiter ist zwischen einem Halbbrückenausgang und einem Knoten zur Verbindung mit einem Elektromotor angeordnet, und der durch den elektrischen Leiter fließende Strom treibt eine Phase von mehreren Phasen des Elektromotors an. Außerdem weisen der Halbbrückenausgang und die Stromdiagnoseschaltung das gleiche Referenzpotential auf. Das System weist ferner eine Steuereinrichtung, welche auf ein Massepotential bezogen ist, das von einem Massepotential der Stromdiagnoseschaltung verschieden ist, und eine Isolationsbarriere auf. Die Stromdiagnoseschaltung ist dafür ausgelegt, Daten, welche den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter fließenden Strommenge angeben, über die Isolationsbarriere zu der Steuereinrichtung zu übertragen.
  • In einem Beispiel beschreibt diese Offenbarung ein Verfahren zur Stromdiagnose, wobei das Verfahren das Bestimmen, mit einer Stromdiagnoseschaltung, eines Spannungspegels über einem elektrischen Leiter einer Vorrichtung beinhaltet. In diesem Beispiel weist die Vorrichtung den elektrischen Leiter und einen Stromsensor auf, welche galvanisch getrennt sind, und der Stromsensor ist dafür ausgelegt, ein Signal auszugeben, das für eine durch den elektrischen Leiter fließende Strommenge indikativ ist. Das Verfahren beinhaltet außerdem das Bestimmen, mit der Stromdiagnoseschaltung, eines zusätzlichen Messwerts einer durch den elektrischen Leiter fließenden Strommenge auf der Basis der bestimmten Spannung. In diesem Beispiel ist der zusätzliche Messwert ein zusätzlicher Wert zu einem Messwert der durch den elektrischen Leiter fließenden Strommenge, der unter Verwendung des Sensors der Vorrichtung bestimmt wird. Das Verfahren beinhaltet auch das Aktivieren oder Deaktivieren eines Schalters einer Halbbrücke durch einen Gate-Treiber, um ein Fließen des Stroms durch den elektrischen Leiter zu ermöglichen oder zu verhindern, sowie das Treiben einer Phase von mehreren Phasen eines Elektromotors mit dem durch den elektrischen Leiter fließenden Strom. Der elektrische Leiter ist zwischen einem Halbbrückenausgang und einem Knoten zur Verbindung mit einem Elektromotor angeordnet und der Halbbrückenausgang sowie die Stromdiagnoseschaltung weisen das gleiche Referenzpotential auf. Das Verfahren weist ferner das Übertragen von Daten auf, welche den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter fließenden Strommenge angeben, über eine Isolationsbarriere zu einer Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist auf ein Massepotential bezogen, das von einem Massepotential der Stromdiagnoseschaltung verschieden ist.
  • In einem Beispiel beschreibt diese Offenbarung ein System, welches Mittel zum Bestimmen eines Spannungspegels über einem elektrischen Leiter einer Vorrichtung aufweist. In diesem Beispiel weist die Vorrichtung den elektrischen Leiter und einen Stromsensor auf, welche galvanisch getrennt sind, und der Stromsensor ist dafür ausgelegt, ein Signal auszugeben, das für eine durch den elektrischen Leiter fließende Strommenge indikativ ist. Das System weist außerdem Mittel zum Bestimmen eines zusätzlichen Messwerts einer durch den elektrischen Leiter fließenden Strommenge auf der Basis der bestimmten Spannung auf. In diesem Beispiel ist der zusätzliche Messwert ein zusätzlicher Wert zu einem Messwert der durch den elektrischen Leiter fließenden Strommenge, der unter Verwendung des Sensors der Vorrichtung bestimmt wird. Das System umfasst auch eine Halbbrücke mit einem Schalter, welcher ein Fließen des Stroms durch den elektrischen Leiter ermöglicht, und Mittel zum Aktivieren und Desaktivieren des Schalters, um ein Fließen des Stroms durch den elektrischen Leiter zu ermöglichen oder zu verhindern. Der elektrische Leiter ist zwischen einem Halbbrückenausgang und einem Knoten zur Verbindung mit einem Elektromotor angeordnet und der durch den elektrischen Leiter fließende Strom treibt eine Phase von mehreren Phasen des Elektromotors an. Außerdem weisen der Halbbrückenausgang und die Mittel zum Bestimmen des Spannungspegels das gleiche Referenzpotential auf. Das System weist ferner eine Steuereinrichtung, welche auf ein Massepotential bezogen ist, das von einem Massepotential der Mittel zum Bestimmen des Spannungspegels verschieden ist, und eine Isolationsbarriere auf. Die Mittel zum Bestimmen des Spannungspegels sind dafür ausgelegt, Daten, welche den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter fließenden Strommenge angeben, über die Isolationsbarriere zu der Steuereinrichtung zu übertragen.
  • Die Einzelheiten einer oder mehrerer Techniken dieser Offenbarung sind in den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile dieser Offenbarung werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen ersichtlich.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Blockschaltbild, welches ein Beispielsystem zum Antreiben eines N-phasigen Elektromotors zeigt.
    • 2 ist ein Blockschaltbild, welches ein anderes Beispielsystem zum Antreiben eines N-phasigen Elektromotors zeigt.
    • 3 ist ein Flussdiagramm, welches eine beispielhafte Funktionsweise entsprechend einer oder mehreren in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken zeigt.
    • 4 ist ein Flussdiagramm, welches eine andere beispielhafte Funktionsweise entsprechend einer oder mehreren in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken nutzen einen elektrischen Leiter, welcher eine Last antreibt, als einen Shunt zum Zwecke des Bestimmens der Menge des zu der Last fließenden Stroms. Der elektrische Leiter kann in dem System, welches der Last Strom zuführt, bereits vorhanden sein. Zum Beispiel kann der elektrische Leiter einen leitenden Abschnitt eines Stromsensors, wie etwa eines Hall-Sensors, umfassen. Entsprechend den hier beschriebenen Techniken kann eine sekundäre Strommessung ausgeführt werden, um eine mit dem Hall-Sensor vorgenommene primäre Strommessung zu ergänzen. Auf diese Weise können die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken zusätzliche Komponenten reduzieren, welche andernfalls benötigt würden, um einen sekundären (z B. zusätzlichen) Messwert der zu der Last fließenden Strommenge zu bestimmen. Zum Beispiel nutzen die Techniken, anstatt zusätzliche Nebenschlusswiderstände zum Zwecke des Bestimmens der Menge des Stroms zu verwenden, welcher der Last zugeführt wird, den bereits existierenden elektrischen Leiter als Shunt. Der Wegfall solcher Nebenschlusswiderstände reduziert die Gesamtkosten des Systems und bietet potentiell noch weitere Vorteile, die weiter unten ausführlicher beschrieben sind.
  • Gemäß den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken wird ein N-phasiger Elektromotor durch Strom angetrieben, der durch N elektrische Leiter fließt, wobei die N elektrischen Leiter dem Elektromotor Strom derart zuführen, dass die Summe aller Phasenströme null ist. In diesem Beispiel ist der N-phasige Elektromotor die Last. Ein Beispiel für den elektrischen Leiter ist der elektrische Leiter einer Vorrichtung (z B. eines Hall-Sensors). Die Vorrichtung weist außerdem Komponenten auf, welche ein Signal ausgeben, das verwendet wird, um die Strommenge zu bestimmen, die auf eine elektrisch getrennte (isolierte) Weise durch den elektrischen Leiter der Vorrichtung fließt. Anders ausgedrückt, ein Hall-Sensor ist ein Beispiel einer Vorrichtung, welche einer Last elektrischen Strom zuführt und Signale ausgibt, welche von dem Strom zu der Last elektrisch getrennt sind, und der Hall-Sensor ist ein Beispiel einer Vorrichtung, welche verwendet werden kann, um die zu der Last fließende Strommenge zu bestimmen.
  • Für Zwecke der Veranschaulichung werden die Techniken in Bezug auf einen N-phasigen Elektromotor (z B. einen dreiphasigen Elektromotor) als die angetriebene Last und für einen elektrischen Leiter, der Teil eines Hall-Sensors ist, beschrieben. Die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken sind jedoch nicht hierauf beschrankt und können auf andere Typen von elektrischen Lasten übertragen werden. Außerdem sind die in dieser Offenbarung beschriebenen Vorrichtungen nicht auf Hall-Sensoren beschränkt, und es kann ein beliebiger Typ von Vorrichtungen verwendet werden, welcher die Last antreibt und ein Signal ausgibt, welches die Menge des Stroms angibt, der die Last antreibt.
  • Gemäß den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken bewirkt eine Steuereinrichtung, dass mehrere High-Side- (Hochseiten-) und Low-Side- (Niedrigseiten-) Treiber Schalter aktivieren und deaktivieren, um zu bewirken, dass Strom durch die elektrischen Leiter der N Phasen fließt. Zum Beispiel ist ein erster elektrischer Leiter mit einem ersten High-Side-Schalter und einem ersten Low-Side-Schalter gekoppelt, ein zweiter elektrischer Leiter ist mit einem zweiten High-Side-Schalter und einem zweiten Low-Side-Schalter gekoppelt, und so fort. Der erste High-Side-Schalter ist mit einem ersten High-Side-Treiber gekoppelt, und der erste Low-Side-Schalter ist mit einem ersten Low-Side-Treiber gekoppelt, und so fort. Die Steuereinrichtung kann bewirken, dass die High-Side-Treiber und die Low-Side-Treiber selektiv jeweilige High-Side- und Low-Side-Schalter aktivieren und deaktivieren.
  • Während des Betriebs des Elektromotors kann es günstig sein, die Strommenge zu bestimmen, welche jeder elektrische Leiter liefert. Beispielsweise ist das Drehmoment, das von dem Elektromotor erzeugt wird, mit der Strommenge korreliert, die dem Elektromotor zugeführt wird. Um sicherzustellen, dass der Elektromotor nicht zu viel Drehmoment oder nicht genug Drehmoment erzeugt, kann es vorteilhaft sein, die Strommenge zu bestimmen, die dem Elektromotor während des Betriebs des Elektromotors zugeführt wird.
  • Ein Weg, um die dem Elektromotor zugeführte Strommenge zu bestimmen, ist der Weg über die Vorrichtung (z B. den Hall-Sensor), welche den elektrischen Leiter aufweist. Zum Beispiel weist die Vorrichtung, welche den elektrischen Leiter aufweist, eine Komponente auf, welche ein Signal ausgibt, das für die durch den elektrischen Leiter fließende Strommenge indikativ ist. In diesem Beispiel sind das Signal, das für die durch den elektrischen Leiter fließende Strommenge indikativ ist, und der durch den elektrischen Leiter fließende Strom potentialgetrennt (z B. nicht auf dasselbe Massepotential bezogen).
  • Zum Beispiel ist möglicherweise kein direkter Strompfad zwischen dem elektrischen Leiter der Vorrichtung und der Komponente der Vorrichtung, welche das Signal ausgibt, das für die durch den elektrischen Leiter fließende Strommenge indikativ ist, vorhanden. Vielmehr ist ein Zwischenraum (Spalt) zwischen dem elektrischen Leiter und der Komponente der Vorrichtung, welche das Signal ausgibt, das für die durch den elektrischen Leiter fließende Strommenge indikativ ist, vorhanden. Der Stromfluss durch den elektrischen Leiter verursacht ein Magnetfeld, welches die Komponente erfasst, und die Stärke des Magnetfeldes kann proportional zu der durch den elektrischen Leiter fließenden Strommenge sein.
  • Die Steuereinrichtung kann das Signal empfangen, das für die durch den elektrischen Leiter fließende Strommenge indikativ ist, und auf der Basis des empfangenen Signals die zu dem Elektromotor fließende Strommenge bestimmen. In einigen Fällen ist das Bestimmen der zu dem Elektromotor fließenden Strommenge allein auf der Basis des empfangenen Signals möglicherweise nicht ausreichend, um das System fehlersicher zu machen, nicht ausreichend, um Diagnosemöglichkeiten während des Betriebs des Elektromotors sicherzustellen, und möglicherweise nicht ausreichend, um vor plötzlichen Ausfällen (z B. Überstrom) zu schützen.
  • Gemäß den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken bestimmt eine Stromdiagnoseschaltung einen Spannungspegel direkt über dem elektrischen Leiter der Vorrichtung. Beispielsweise ist eine erste Seite des elektrischen Leiters mit dem Massepotential der Stromdiagnoseschaltung gekoppelt, und eine zweite Seite des elektrischen Leiters ist mit der Stromdiagnoseschaltung gekoppelt. Die Stromdiagnoseschaltung kann die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite des elektrischen Leiters bestimmen. Auf der Basis des bestimmten Spannungspegels und des bekannten Widerstands des elektrischen Leiters der Vorrichtung bestimmt die Stromdiagnoseschaltung die durch den elektrischen Leiter fließende Strommenge.
  • Die Stromdiagnoseschaltung kann auch von der Steuereinrichtung elektrisch getrennt sein (z B. die Massepotentiale der Stromdiagnoseschaltung und der Steuereinrichtung sind verschieden). Auf diese Weise bestimmt die Stromdiagnoseschaltung den durch den elektrischen Leiter der Vorrichtung fließenden Strom auf eine unabhängige, elektrisch getrennte Weise, im Vergleich zu der Art und Weise, wie die Steuereinrichtung den durch den elektrischen Leiter der Vorrichtung fließenden Strom bestimmt.
  • Die Bestimmung der durch den elektrischen Leiter der Vorrichtung fließenden Strommenge mit der Stromdiagnoseschaltung kann verschiedene Vorteile aufweisen. Beispielsweise kann die durch den elektrischen Leiter der Vorrichtung fließende Strommenge, die durch die Stromdiagnoseschaltung bestimmt wurde, für Diagnosezwecke verwendet werden. Zum Beispiel kann die durch den elektrischen Leiter der Vorrichtung fließende Strommenge, die durch die Stromdiagnoseschaltung bestimmt wurde, für eine Plausibilitätsprüfung mit der durch den elektrischen Leiter der Vorrichtung fließenden Strommenge, die durch die Steuereinrichtung bestimmt wurde, verwendet werden. Falls die bestimmten durch den elektrischen Leiter fließenden Strommengen verschieden sind, kann die Steuereinrichtung bestimmen, dass ein Ausfallrisiko in dem System besteht.
  • Als ein weiteres Beispiel kann die Stromdiagnoseschaltung einen schnellen Überstromschutz gewährleisten. Falls zum Beispiel der durch den elektrischen Leiter der Vorrichtung fließende Strom zu hoch wird (z B. aufgrund eines möglichen Kurzschlusses), kann die Stromdiagnoseschaltung umgehend den High-Side-Schalter deaktivieren, so dass kein Strom zu dem Elektromotor fließen kann.
  • Bei einigen Techniken ist ein separater Nebenschlusswiderstand mit dem elektrischen Leiter der Vorrichtung in Reihe angeordnet, und der Spannungsabfall über diesem Nebenschlusswiderstand wird verwendet, um die zu dem Elektromotor fließende Strommenge zu bestimmen. Die Verwendung des separaten Nebenschlusswiderstands erhöht jedoch die Anzahl der Komponenten (und somit die Kosten), erfordert präzise und teure Widerstände, erzeugt einen unerwünschten Spannungsabfall, welcher die dem Elektromotor zugeführte Leistung verringert, und verursacht möglicherweise Kühlungsprobleme, falls der Nebenschlusswiderstand im Betrieb zu heiß wird.
  • Bei den Techniken, die in dieser Offenbarung beschrieben werden, kann ein solcher separater Nebenschlusswiderstand vermieden oder beseitigt werden. Die Techniken nutzen stattdessen den elektrischen Leiter der Vorrichtung als einen Shunt. Dementsprechend sind in einigen Fallen nur sehr wenige Änderungen an dem System erforderlich, da die Vorrichtung in dem System möglicherweise bereits vorhanden ist. In diesem Falle können die Änderungen dazu bestimmt sein, den Spannungsabfall über dem elektrischen Leiter der Vorrichtung zu bestimmen, anstatt über einem Nebenschlusswiderstand.
  • 1 ist ein Blockschaltbild, welches ein Beispielsystem zum Antreiben eines N-phasigen Elektromotors zeigt. Zum Beispiel zeigt 1 ein System 10, welches einen Wechselrichter 12, Shunts 14A-14C (zusammen als „Shunts 14“ bezeichnet), einen Motor 16 und Shuntspannungs-Messvorrichtungen 18A-18C (zusammen als „Shuntspannungs-Messvorrichtungen 18“ bezeichnet) aufweist. In dem Beispiel von 1 ist der Motor 16 ein dreiphasiger Elektromotor. In diesem Beispiel enthält jede Phase einen Shunt und eine Shuntspannungs-Messvorrichtung. In einigen Beispielen enthalten einige Phasen keinen Shunt und keine Shuntspannungs-Messvorrichtung.
  • Zu den Beispielen für die Shunts 14 gehören Widerstände. Zu den Beispielen für den Motor 16 gehören Motoren für Kraftfahrzeuganwendungen, Induktionsmotoren, Motoren für Heizung, Lüftung und Klimatisierung (Heating, Ventilation, Air Conditioning, HVAC) oder Motoren beliebiger anderer Typen. Tatsächlich sind die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken nicht auf Motoranwendungen beschränkt und können auf eine beliebige Anwendung übertragen werden, bei welcher einer Last (z B. dem Motor 16 in 1) Strom zugeführt wird.
  • In dem Beispiel von 1 führt der Wechselrichter 12 dem Motor 16 Strom zu. Zum Beispiel liefert der Wechselrichter 12 Ströme Ia, Ib und Ic, welche jeweils einer der drei Phasen entsprechen. In diesem Beispiel ist der Wechselrichter 12 als eine typische dreiphasige Wechselrichter-Topologie dargestellt, welche drei Halbbrücken aufweist. Zum Beispiel weist eine erste Brücke Schalter Tah und Tal für eine erste Phase auf, eine zweite Brücke weist Schalter Tbh und Tbl für eine zweite Phase auf, und eine dritte Brücke weist Schalter Tch und Tel für eine dritte Phase auf. Die Schalter Tah, Tal, Tbh, Tbl, Tch und Tcl des Wechselrichters 12 können Lastschaltelemente sein, wie etwa Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors, MOSFETs) oder Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (Insulated-Gate Bipolar Transistors, IGBTs).
  • Um die Ströme Ia, Ib und Ic während jeweiliger Phasen zuzuführen, bewirkt eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt), dass Treiber (nicht dargestellt) der Schalter Tah, Tal, Tbh, Tbl, Tch und Tel des Wechselrichters 12 die Schalter Tah, Tal, Tbh, Tbl, Tch und Tcl selektiv aktivieren und deaktivieren. Wenn zum Beispiel der Schalter Tah aktiviert (d. h. geschlossen) und der Schalter Tal deaktiviert (d. h. geöffnet) ist, fließt der Strom Ia von Vp über den Shunt 14A zum Motor 16. In ähnlicher Weise fließt, wenn der Schalter Tbh aktiviert und der Schalter Tbl deaktiviert ist, der Strom Ib von Vp über den Shunt 14B zum Motor 16, und wenn der Schalter Tch aktiviert und der Schalter Tel deaktiviert ist, fließt der Strom Ic von Vp über den Shunt 14C zum Motor 16.
  • Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Spannung Vp über den Schaltern bereitzustellen. Beispielsweise kann eine Stromquelle die Spannung Vp bereitstellen. Als weiteres Beispiel kann ein geladener Kondensator die Spannung Vp bereitstellen. Im Allgemeinen können Vp und/oder Masse (0V) des Wechselrichters 12 von dem Strom und/oder von Masse der Steuereinrichtung verschieden sein. Wie ausführlicher beschrieben wird, kann eine Isolationsbarriere zwischen der Steuereinrichtung und den Treibern der Schalter des Wechselrichters 12 und dem Wechselrichter 12 vorhanden sein, so dass kein direkter Strompfad von der Steuereinrichtung zu den Treibern der Schalter des Wechselrichters 12 und dem Wechselrichter 12 existiert.
  • In dem Beispiel von 1 kann die Steuereinrichtung bewirken, dass die Treiber selektiv die Schalter Tah, Tal, Tbh, Tbl, Tch und Tcl aktivieren und deaktivieren, so dass die Phase zwischen den Strömen Ia, Ib und Ic ungefähr 120° beträgt (da 360°/3 = 120°). Da die Ströme Ia, Ib und Ic jeweils Ströme für den dreiphasigen Motor 16 sind, können die Strome Ia, Ib und Ic als Phasenstrome bezeichnet werden. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung pulsbreitenmodulierte (Pulse Width Modulated, PWM) Signale ausgeben, welche bewirken, dass die Treiber selektiv die Schalter des Wechselrichters 12 mit ungefähr 20 kHz oder mehr (d. h. außerhalb des hörbaren Bereichs, so dass Menschen kein pfeifendes Geräusch hören) aktivieren und deaktivieren. In diesem Beispiel ist der Zyklus 50 Mikrosekunden (µs) (d. h. 1/20k). Die Frequenz von 20 kHz für das Aktivieren und Deaktivieren der Schalter wird nur für Zwecke der Veranschaulichung angegeben und ist nicht als einschränkend anzusehen.
  • Während des Betriebs des Motors 16 kann es günstig sein, die Strommenge zu bestimmen, welche dem Motor 16 zugeführt wird (d. h. die Werte von Ia, Ib und Ic während des Betriebs). Um die Werte von Ia, Ib und Ic zu bestimmen, weist das System 10 Shuntspannungs-Messvorrichtungen 18 auf, welche den Spannungsabfall an jeweiligen Shunts 14 messen. Zum Beispiel bewirkt ein Phasenstrom Ia, der durch den Shunt 14A fließt, einen Spannungsabfall über dem Shunt 14A, welchen die Shuntspannungs-Messvorrichtung 18A misst. Die Shuntspannungs-Messvorrichtung 18A kann die gemessene Spannung an die Steuereinrichtung ausgeben, und die Steuereinrichtung kann den Wert von Ia bestimmen, indem sie die gemessene Spannung durch den bekannten Widerstand des Shunts 14A dividiert. Ebenso kann die Steuereinrichtung die Werte von Ib und Ic bestimmen.
  • Die Bestimmung der Werte von Ia, Ib und Ic auf diese Weise kann jedoch gewisse Nachteile aufweisen. Zum Beispiel müssen, um die Werte von Ia, Ib und Ic zu bestimmen, die Shunts 14A, 14B und 14C möglicherweise Widerstände von relativ hoher Qualität sein, welche einen präzisen Widerstandswert liefern. Solche Widerstände hoher Qualität können recht teuer sein. Als weiteres Beispiel kann, falls Ia, Ib und Ic zu klein sind oder der Widerstandswert der Shunts 14A, 14B und 14C zu niedrig ist, der Spannungsabfall zu gering sein, was zu ungenauen Messungen durch die Shuntspannungs-Messvorrichtungen 18 führt.
  • Es kann möglich sein, den Widerstandswert der Shunts 14A, 14B und 14C zu erhöhen, um den Spannungsabfall zu vergrößern. Eine Vergrößerung des Spannungsabfalls über den Shunts 14A, 14B und 14C verringert jedoch die Leistung, die dem Motor 16 zugeführt wird. Außerdem hat eine Vergrößerung des Spannungsabfalls über den Shunts 14A, 14B und 14C zur Folge, dass sich die Shunts 14A, 14B und 14C stärker erwärmen. Eine solche Erwärmung kann wiederum zu Kühlungsproblemen führen, welche unerwünscht sind.
  • 1 zeigt außerdem Phasenknoten 20A, 20B und 20C am Schnittpunkt der Schalter Tah und Tal, der Schalter Tbh und Tbl bzw. der Schalter Tch und Tcl. Wenn die Schalter Tal, Tbl und Tcl aktiviert sind und die Schalter Tah, Tbh und Tch deaktiviert sind, beträgt die Spannung an den Phasenknoten 20A, 20B und 20C null Volt. Wenn die Schalter Tah, Tbh und Tch aktiviert sind und die Schalter Tal, Tbl und Tcl deaktiviert sind, erhöht sich die Spannung an den Phasenknoten 20A, 20B und 20C auf Vp Volt. In einigen Beispielen erhöht sich die Spannung an den Phasenknoten 20A, 20B und 20C schnell von null Volt auf Vp Volt. Zum Beispiel kann die Geschwindigkeit des Spannungsanstiegs von null Volt auf Vp Volt (d. h. dV/dt) ungefähr 5 kV/ps bis 10 kV/ps oder sogar noch mehr betragen.
  • Ein solcher schneller Anstieg der Spannung erschwert es den Shuntspannungs-Messvorrichtungen 18, den momentanen Spannungsabfall über den Shunts 14 genau zu messen, was eine ungenaue Bestimmung der Werte der Phasenströme Ia, Ib und Ic zur Folge hat. Zum Beispiel kann die Spannung an den Phasenknoten 20A, 20B und 20C schnell von 0 Volt auf ungefähr 700 Volt ansteigen, doch der Spannungsabfall über den Shunts 14 kann ungefähr 0,5 Volt betragen. In diesem Falle sind ein sehr hoher Gleichtakt und eine sehr geringe Spannungsänderung vorhanden, was es den Shuntspannungs-Messvorrichtungen 18 erschwert, den Spannungsabfall über den Shunts 14 genau zu messen.
  • Ferner sind, wie oben beschrieben, der Wechselrichter 12 und die Steuereinrichtung durch eine Isolationsbarriere voneinander getrennt. Die Isolationsbarriere kann auch die Shuntspannungs-Messvorrichtungen 18 und die Steuereinrichtung voneinander trennen. Diese Trennung erfordert, dass der Ausgang der Shuntspannungs-Messvorrichtungen 18 die Isolationsbarriere durchquert, um die Steuereinrichtung zu erreichen, oder erfordert wenigstens eine Pegelverschiebung, da die Steuereinrichtung und die Shuntspannungs-Messvorrichtungen 18 nicht auf dasselbe Massepotential bezogen sind.
  • Aus den obigen Gründen kann das in 1 dargestellte Beispiel nicht wünschenswert oder ungeeignet sein, um die dem Motor 16 zugeführte Strommenge zu bestimmen. In einigen Fällen können die Nachteile, die in Bezug auf das in 1 dargestellte Beispiel beschrieben wurden, bei Hochleistungsanwendungen, wie etwa für Hybridfahrzeuge oder die Steuerung elektrischer Maschinen, besonders ausgeprägt sein. Es kann jedoch trotzdem günstig sein, die Strommenge, welche zu dem Motor 16 fließt, während der Laufzeit zu bestimmen, etwa für Drehmomentsteuerungs-Algorithmen, Sicherheits- und Diagnosezwecke, um Alterungseffekte zu erkennen, plötzliche Ausfälle zu analysieren und/oder Plausibilitätsprüfungen vorzusehen (d. h. die Strommessungen zu überprüfen).
  • Entsprechend den Techniken, die in dieser Offenbarung beschrieben wurden, können die Shunts 14 entfernt und durch eine Vorrichtung ersetzt werden, welche ein leitendes Element aufweist, das als ein elektrischer Leiter bezeichnet wird. Die Vorrichtung kann ein Signal ausgeben, welches die durch den elektrischen Leiter fließende Strommenge angibt.
  • Ferner können die Techniken dieser Offenbarung die Verwendung des elektrischen Leiters der Vorrichtung für zusätzliche Zwecke ermöglichen. Zum Beispiel stellen die Techniken durch das Bestimmen des Spannungsabfalls über dem elektrischen Leiter und das Bestimmen der zu dem Motor 16 fließenden Strommenge auf der Basis des bestimmten Spannungsabfalls eine weitere Verfahrensweise bereit, wie die zu dem Motor 16 fließenden Strommenge bestimmt werden kann (z B. einen zusätzlichen Messwert für den zu dem Motor 16 fließenden Strom). Durch Bestimmen der zu dem Motor 16 fließenden Strommenge auf der Basis des Spannungsabfalls über dem elektrischen Leiter können die Techniken einen schnellen Überstromschutz bereitstellen. Zum Beispiel können die Techniken, anstatt darauf zu warten, dass die Steuereinrichtung bestimmt, dass mehr Strom als erwünscht zu dem Motor 16 fließt, sofort einen oder mehrere von den Schaltern Tah, Tbh oder Tch deaktivieren, um den Strom daran zu hindern, in den Motor 16 zu fließen, ohne eine Isolationsbarriere zu passieren. Beispiele einer Isolationsbarriere sind unten beschrieben.
  • 2 ist ein Blockschaltbild, welches ein anderes Beispielsystem zum Antreiben eines N-phasigen Elektromotors zeigt. Zum Beispiel zeigt 2 ein System 22, welches eine Steuereinrichtung 24, eine Isolationsbarriere 26, einen High-Side-Gate-Treiber 28, einen Low-Side-Gate-Treiber 30, eine Stromdiagnoseschaltung 32 und eine Vorrichtung 34 aufweist. Das System 22 weist, wie dargestellt, auch Schalter Tah und Tal auf, welche mit den Schaltern Tah und Tal von 1 (z B. des Wechselrichters 12) identisch sind. Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur eine der Halbbrücken-Topologien (z B. die Schalter Tah und Tal) in 2 dargestellt. Die anderen Halbbrücken-Topologien (z B. die Schalter Tbh und Tbl und die Schalter Tch und Tel) können auf eine ähnliche Art und Weise angesteuert werden, wie die Schalter Tah und Tal in dem in 2 dargestellten Beispiel.
  • Zum Beispiel können jeweilige High-Side-Gate-Treiber (nicht dargestellt) für jeden der Schalter Tbh und Tch und jeweilige Low-Side-Gate-Treiber (nicht dargestellt) für jeden der Schalter Tbl und Tel existieren. Die Schalter Tbh und Tbl und die Schalter Tch und Tel sind mit jeweiligen Vorrichtungen gekoppelt, die der Vorrichtung 34 ähnlich sind. Außerdem können die elektrischen Leiter der Vorrichtungen mit jeweiligen Stromdiagnoseschaltungen gekoppelt sein, die der Stromdiagnoseschaltung 32 ähnlich sind.
  • Die Isolationsbarriere 26 teilt das System 22 in eine primäre Seite und eine sekundäre Seite auf. Wie unten beschrieben, ist die Isolationsbarriere 26 möglicherweise nicht in jedem Beispiel erforderlich, und ein Pegelverschieber (Level Shifter) 46 des High-Side-Gate-Treibers 28 und ein Pegelverschieber 52 des Low-Side-Gate-Treibers können die Funktionalität der Isolationsbarriere 26 bereitstellen. Die primäre Seite enthält die Komponenten links von der Isolationsbarriere 26, und die sekundäre Seite enthält die Komponenten rechts von der Isolationsbarriere 26 in 2. Im Allgemeinen können die Komponenten auf entgegengesetzten Seiten der Isolationsbarriere 26 unterschiedliche Bezugspotentiale aufweisen. Zum Beispiel wird die Steuereinrichtung 24 durch eine primärseitige Stromversorgung 36 mit Strom versorgt, der High-Side-Gate-Treiber 28 und die Stromdiagnoseschaltung 32 werden durch eine High-Side-Treiberversorgung 44 mit Strom versorgt, der Low-Side-Gate-Treiber 30 wird eine Low-Side-Treiberversorgung 50 mit Strom versorgt, und der Strom, welcher durch die Vorrichtung 34 fließt (z B. der Strom Ia), stammt von der Stromversorgung, welche die Spannung Vp bereitstellt. Die sekundäre Seite enthält Strukturen des High-Side-Gate-Treibers 28 und des Low-Side-Gate-Treibers 30.
  • In diesem Beispiel können die Massepotentiale der primärseitigen Stromversorgung 36, der High-Side-Treiberversorgung 44 und der Low-Side-Treiberversorgung 50 alle verschieden sein, und die positiven Potentiale der primärseitigen Stromversorgung 36, der High-Side-Treiberversorgung 44, der Low-Side-Treiberversorgung 50 und Vp können alle verschieden sein. In diesen Beispielen ist möglicherweise kein direkter Strompfad von der Steuereinrichtung 24 (z B. der primären Seite) zu dem High-Side-Gate-Treiber 28, dem Low-Side-Gate-Treiber 30, der Stromdiagnoseschaltung 32 und der Vorrichtung 34 vorhanden. Wie unten ausführlicher beschrieben, ist das Bezugspotential für den Stromsensor 58 und die Vorrichtung 34 das Massepotential der Steuereinrichtung 24 (primärseitige Versorgung). Zum Beispiel versorgt die primärseitige Stromversorgung 36 sowohl die Steuereinrichtung 24 als auch den Stromsensor 58 mit Strom.
  • In einigen Beispielen durchquert jedes beliebige Signal, welches von der primären Seite aus gesendet wird und durch die sekundäre Seite empfangen wird, oder umgekehrt, die Isolationsbarriere 26. Um dies zu veranschaulichen, sind Signale, welche die Isolationsbarriere 26 passieren oder auf andere Weise isoliert sind, mit gestrichelten Linien dargestellt. Zum Beispiel ist ein Signal, das von der sekundären Seite aus gesendet wird, auf das Potential einer der Stromversorgungen der sekundären Seite bezogen. Die Isolationsbarriere 26 empfängt die Signale und bezieht die Signale auf das Potential der Stromversorgung der primären Seite. In ähnlicher Weise ist ein Signal, das von der primären Seite aus gesendet wird, auf das Potential der Stromversorgung der primären Seite bezogen. Die Isolationsbarriere 26 empfängt die Signale und bezieht die Signale auf das Potential einer der Stromversorgungen der sekundären Seite.
  • Zum Beispiel weist die Isolationsbarriere 26 mehrere Transformatoren auf. Eine Seite des Transformators, welche auf die primäre Seite bezogen ist, empfängt das Signal von der primären Seite. Das Signal verursacht eine Spannung auf der anderen Seite des Transformators, wobei die andere Seite des Transformators auf die sekundäre Seite bezogen ist. Die sekundäre Seite empfängt dann die Information. In ähnlicher Weise empfängt eine Seite eines anderen Transformators das Signal von der zweiten Seite, welche auf die sekundäre Seite bezogen ist. Das Signal verursacht eine Spannung auf der anderen Seite des Transformators, welche auf die primäre Seite bezogen ist. In diesem Beispiel unterbricht der Transformator einen direkten Strompfad von der primären Seite zu der sekundären Seite und umgekehrt. Die Verwendung von Transformatoren, um eine Trennung zwischen der primären Seite und der sekundären Seite zu gewährleisten, wird nur für Zwecke der Veranschaulichung beschrieben und darf nicht als einschränkend betrachtet werden. Im Allgemeinen kann eine beliebige Technik benutzt werden, welche eine Trennung gewährleistet, wie etwa optische Verfahren.
  • In einigen Beispielen muss in dem System 22 nicht unbedingt eine Isolationsbarriere 26 vorhanden sein. Zum Beispiel können der Pegelverschieber 46 des High-Side-Gate-Treibers 28 und der Pegelverschieber 52 des Low-Side-Gate-Treibers 30 dafür ausgelegt sein, die elektrische Trennung zu gewährleisten. Zum Beispiel können der Pegelverschieber 46 und der Pegelverschieber 52 Transformatoren, optische Isolatoren oder andere Komponenten aufweisen, welche die elektrische Trennung zwischen der Steuereinrichtung 24 und dem High-Side-Gate-Treiber 28 und dem Low-Side-Gate-Treiber 30 gewährleisten. Demzufolge ist die Isolationsbarriere 26 optional. In einigen Beispielen kann das System 22 eine Isolationsbarriere 26 aufweisen, falls der High-Side-Gate-Treiber 28 und der Low-Side-Gate-Treiber 30 keinen Pegelverschieber 46 bzw. Pegelverschieber 52 aufweisen oder nicht dafür ausgelegt sind, eine elektrische Trennung von der Steuereinrichtung 24 zu gewährleisten. In einigen Fallen kann das System 22 sogar in Beispielen, in denen ein Pegelverschieber 46 und ein Pegelverschieber 52 eine elektrische Trennung gewährleisten, trotzdem eine Isolationsbarriere 26 aufweisen. Auf diese Weise können verschiedene Typen von High-Side-Gate-Treibern und Low-Side-Gate-Treibern ohne irgendeine negative Auswirkung in Bezug auf die elektrische Trennung verwendet werden.
  • Die Steuereinrichtung 24 kann als die Systemsteuereinheit für das System 22 fungieren. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 24 ein digitales oder analoges integriertes Schaltungs- (Integrated Circuit, IC) Chip sein, und die primärseitige Stromversorgung 36 versorgt die Steuereinrichtung 24 mit Strom. Beispielsweise versorgt die primärseitige Stromversorgung 36 die Steuereinrichtung 24 mit 3,3 Volt oder 5 Volt.
  • Zu den Beispielen für die Steuereinrichtung 24 gehören Steuereinrichtungen der Familien XC2xxx, TC17xx, TC19xx, XMClxxx und XMC4xxx von Steuereinrichtungen von Infineon®. Die Steuereinrichtung 24 muss jedoch nicht auf einen bestimmten Typ oder ein Modell von Chips beschränkt sein. Im Allgemeinen kann die Steuereinrichtung 24 einen oder mehrere digitale Signalprozessoren (DSPs), Universal-Mikroprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits, ASICs), feldprogrammierbare Logikanordnungen (Field Programmable Gate Arrays, FPGAs) oder andere äquivalente integrierte oder diskrete logische Schaltungsanordnungen aufweisen.
  • Wie dargestellt, weist die Steuereinrichtung 24 eine Diagnoseschnittstelle 38, eine Schaltersteuerungsschaltung 40 und eine Strommessschnittstelle 42 auf. Die Diagnoseschnittstelle 38, die Schaltersteuerungsschaltung 40 und die Strommessschnittstelle 42 sind der Vereinfachung der Beschreibung als funktional getrennte Komponenten dargestellt. Die Diagnoseschnittstelle 38, die Schaltersteuerungsschaltung 40 und die Strommessschnittstelle 42 können separate Komponenten innerhalb der Steuereinrichtung 24 sein, oder sie können innerhalb der Steuereinrichtung 24 zusammen ausgebildet sein.
  • Obwohl die Steuereinrichtung 24 als eine Diagnoseschnittstelle 38, eine Schaltersteuerungsschaltung 40 und eine Strommessschnittstelle 42 aufweisend dargestellt ist, sind die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken nicht hierauf beschränkt. In einigen Beispielen können die Diagnoseschnittstelle 38, die Schaltersteuerungsschaltung 40 und/oder die Strommessschnittstelle 42 außerhalb der Steuereinrichtung 24 angeordnet sein. In diesen Beispielen kann die Steuereinrichtung 24 dafür ausgelegt sein, die Funktionalität der externen Diagnoseschnittstelle 38, Schaltersteuerungsschaltung 40 und/oder Strommessschnittstelle 42 zu steuern. Die Steuereinrichtung 24 kann auch zusätzliche Komponenten neben den dargestellten aufweisen.
  • Der High-Side-Gate-Treiber 28 wird durch die High-Side-Treiberversorgung 44 mit Strom versorgt und weist einen Pegelverschieber 46 und einen Ausgangstreiber 48 auf, und der Low-Side-Gate-Treiber 30 wird durch die Low-Side-Treiberversorgung 50 mit Strom versorgt und weist einen Pegelverschieber 52 und einen Ausgangstreiber 54 auf. Die High-Side-Treiberversorgung 44 und die Low-Side-Treiberversorgung 50 können separate, unabhängige Stromversorgungen sein. Anders ausgedrückt, die High-Side-Treiberversorgung 44 und die Low-Side-Treiberversorgung 50 sind elektrisch voneinander getrennt. Ein Beispiel eines High-Side-Gate-Treibers 28 und Low-Side-Gate-Treibers 30 ist die EiceDRIVER™ Produktfamilie 2EDxxx von Infineon®.
  • Der High-Side-Gate-Treiber 28 kann dafür ausgelegt sein, den Schalter Tah zu aktivieren und zu deaktivieren, und der Low-Side-Gate-Treiber 30 kann dafür ausgelegt sein, den Schalter Tal zu aktivieren und zu deaktivieren. Wie dargestellt, gibt die Schaltersteuerungsschaltung 40 der Steuereinrichtung 24 ein Signal, wie etwa ein pulsbreitenmoduliertes (PWM) Signal, an den Pegelverschieber 46 des High-Side-Gate-Treibers 28 und an den Pegelverschieber 52 des Low-Side-Gate-Treibers 30 aus. In Reaktion darauf bewirkt der Pegelverschieber 46, dass der Ausgangstreiber 48 eine Spannung ausgibt, welche ein Aktivieren oder Deaktivieren des Schalters Tah bewirkt, und der Pegelverschieber 52 bewirkt, dass der Ausgangstreiber 54 eine Spannung ausgibt, welche ein Aktivieren oder Deaktivieren des Schalters Tal bewirkt. Wenn Tah aktiviert ist, ist Tal deaktiviert, und wenn Tal aktiviert ist, ist Tah deaktiviert.
  • Der Pegelverschieber 46 und der Pegelverschieber 52 können auch Diagnoseinformationen des High-Side-Gate-Treibers 28 und des Low-Side-Gate-Treibers 30 an die Diagnoseschnittstelle 38 ausgeben. Zum Beispiel kann, wenn bei irgendeiner Komponente innerhalb des High-Side-Gate-Treibers 28 oder Low-Side-Gate-Treibers 30 eine Funktionsstörung auftritt, der Pegelverschieber 46 oder der Pegelverschieber 52 Diagnoseinformationen ausgeben, welche der Diagnoseschnittstelle 38 der Steuereinrichtung 24 übermittelt werden. Die Steuereinrichtung 24 kann dann wiederum bestimmen, ob irgendeine zusätzliche Aktion ausgeführt werden muss, etwa indem eine Anzeige einer Funktionsstörung bereitgestellt wird oder auf eine andere Weise angezeigt wird, dass eine Funktionsstörung aufgetreten ist, einschließlich einer Unterbrechung der Stromzufuhr zu der Last (z B. dem Motor 16).
  • Wenn Tah aktiviert ist und Tal deaktiviert ist, fließt ein Strom Ia von Vp über Tah und über die Vorrichtung 34 zu dem Motor 16. Die Vorrichtung 34 weist einen elektrischen Leiter 56 (manchmal als ein leitendes Element bezeichnet) auf, und einen Stromsensor 58, welcher von dem elektrischen Leiter 56 isoliert ist, wie durch den gestrichelten Kasten angegeben (z B. ein Luftspalt oder irgendeine andere Isolation). Anders ausgedrückt, die Isolation unterbricht eine eventuelle direkte Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter 56 und dem Stromsensor 58. Ein Beispiel der Vorrichtung 34 ist ein Hall-Sensor, wie etwa TLI4970 von Infineon. Es kann jedoch eine beliebige Vorrichtung verwendet werden, welche den leitenden Pfad von dem Erfassungspfad isoliert.
  • In 2 fließt ein Strom Ia durch den elektrischen Leiter 56 der Vorrichtung 34. Der Stromfluss durch den elektrischen Leiter 56 verursacht ein Magnetfeld. Der Stromsensor 58 erfasst dieses Magnetfeld und gibt ein Signal an die Strommessschnittstelle 42 der Steuereinrichtung 24 aus. Da der Stromsensor 58 bereits von dem elektrischen Leiter 56 getrennt ist, braucht das Signal, welches der Stromsensor 58 ausgibt, nicht durch die Isolationsbarriere 26 hindurch zu der Strommessschnittstelle 42 zu fließen.
  • Die Strommessschnittstelle 42 empfängt das Signal von dem Stromsensor 58 und bestimmt die durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge (d. h. den Wert des Stroms Ia). Zum Beispiel kann die Amplitude des Ausgangssignals des Stromsensors 58 proportional zu der Strommenge sein, welche durch den elektrischen Leiter 56 fließt. Auf der Basis der Proportionalität der Amplitude des Ausgangssignals des Stromsensors 58 und des durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Iststroms kann die Strommessschnittstelle 42 den durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Strom bestimmen. Die Steuereinrichtung 24 verwendet die bestimmte Strommenge, um zu bestimmen, ob irgendwelche Änderungen des Stroms, welcher dem Motor 16 zugeführt wird, erforderlich sind. Zum Beispiel ist die Strommessschnittstelle 42 Teil der Regelschleife zur Steuerung der Strommenge, welche dem Motor 16 zugeführt wird. Auf diese Weise ist die Steuereinrichtung 24 in der Lage, ohne die oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Nachteile, die mit Shunts 14 und Shuntspannungs-Messvorrichtungen 18 zusammenhängen, kontinuierlich den Wert des Stroms Ia zu bestimmen.
  • Während der Wert des Stroms Ia mit der Strommessschnittstelle 42 bestimmt wird, welche einen genauen Messwert für die zu dem Motor 16 fließende Strommenge in einer der drei Phasen (z B. der ersten der drei Phasen) liefert, kann es aus Sicherheitsgründen vorteilhaft sein, die Strommessung gegenzuprüfen bzw. zu verifizieren. Zum Beispiel kann es vorteilhaft sein, eine Plausibilitätsprüfung durchzuführen, um zu bestimmen, ob der Strom, der von der Strommessschnittstelle 42 gemessen wird, plausibel ist.
  • Um die Strommessung zu überprüfen, kann eine andere Messtechnik angewendet werden (d. h. eine zusätzliche Messung des zu der Last fließenden Stroms). Zum Beispiel kann es möglich sein, Stromsensoren in den Pfad der Phasenströme Ia, Ib und Ic zu integrieren. In einigen Fällen kann es möglich sein, Stromsensoren in den Pfad von zwei der Phasenströme zu integrieren und einen Stromsensor vorzusehen, welcher mit Vp gekoppelt ist. In diesen Fällen ist es möglich, die Menge des Phasenstroms für den Pfad, welcher nicht die Stromsensoren aufweist, zu bestimmen, indem die Summe der in den Pfaden mit den Stromsensoren fließenden Ströme von dem Strom subtrahiert wird, der von dem mit Vp gekoppelten Stromsensor erfasst wird. Die Verwendung von Stromsensoren kann sich jedoch aus Kostengründen verbieten.
  • Alternativ dazu kann es möglich sein, Shunts 14 und Shuntspannungs-Messvorrichtungen 18 einzubauen, wie in 1 dargestellt. Zum Beispiel können Shunts 14 durch resistives Material in dem Pfad des Phasenstroms Ia, Ib und Ic gebildet werden, und Shuntspannungs-Messvorrichtungen 18 würden den Spannungsabfall über dem resistiven Material in dem Pfad des Phasenstroms Ia, Ib und Ic messen. Die Verwendung von Shunts 14 und Shuntspannungs-Messvorrichtungen 18 kann jedoch mit Nachteilen verbunden sein, wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde.
  • Gemäß den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken kann die Stromdiagnoseschaltung 32 den Spannungspegel über dem elektrischen Leiter 56 (z B. direkt über dem elektrischen Leiter 56) bestimmen und die durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge auf der Basis des bestimmten Spannungspegels als einen zusätzlichen Messwert, zusätzlich zu dem unter Verwendung des Stromsensors 58 bestimmten Messwert, bestimmen. Zum Beispiel können beide Kontakte (z B. beide Seiten) des elektrischen Leiters 56 mit Eingängen der Stromdiagnoseschaltung 32 gekoppelt sein. Die Stromdiagnoseschaltung 32 kann eine analoge Schaltungsanordnung mit einer Bezugsspannung aufweisen, wobei die Bezugsspannung für den Überstromschutz verwendet wird, wie weiter unten beschrieben wird. Es sind auch andere Beispiele einer Stromdiagnoseschaltung 32 möglich, darunter Mikrocontroller.
  • Wie in 2 dargestellt, empfängt die Stromdiagnoseschaltung 32 Strom von der High-Side-Treiberversorgung 44 des High-Side-Gate-Treibers 28. Zum Beispiel ist das positive Versorgungspotential der Stromdiagnoseschaltung 32 mit dem positiven Versorgungspotential der High-Side-Treiberversorgung 44 gekoppelt, und das Massepotential der Stromdiagnoseschaltung 32 ist mit dem Massepotential der High-Side-Treiberversorgung 44 gekoppelt. In diesem Beispiel steht ein Massepotential des High-Side-Gate-Treibers 28 mit einem Massepotential der Stromdiagnoseschaltung 32 im Zusammenhang. Zum Beispiel sind die Massepotentiale des High-Side-Gate-Treibers 28 und der Stromdiagnoseschaltung 32 miteinander gekoppelt (z B. beide mit Masse der High-Side-Treiberversorgung 44 verbunden).
  • In dem in 2 dargestellten Beispiel ist die Stromdiagnoseschaltung 32 mit dem Ausgang des elektrischen Leiters 56 gekoppelt. Der Eingang des elektrischen Leiters 56 ist mit dem Massepotential der High-Side-Treiberversorgung 44 gekoppelt, welches dasselbe ist wie das Massepotential der Stromdiagnoseschaltung 32. Auf diese Weise sind beide Kontakte des elektrischen Leiters 56 (z B. Eingang und Ausgang des elektrischen Leiters 56) mit Eingängen der Stromdiagnoseschaltung 32 gekoppelt (z B. mit der Stromdiagnoseschaltung 32 und dem Massepotential der Stromdiagnoseschaltung 32 gekoppelt). Daher ist die Spannung, welche die Stromdiagnoseschaltung 32 an dem Ausgang des elektrischen Leiters 56 in Bezug auf das Massepotential der Stromdiagnoseschaltung 32 bestimmt, gleich dem Spannungspegel über dem elektrischen Leiter 56, da der Eingang des elektrischen Leiters 56 mit dem Massepotential der Stromdiagnoseschaltung 32 gekoppelt ist.
  • Anders ausgedrückt, wenn die Stromdiagnoseschaltung 32 die Spannung am Eingang des elektrischen Leiters 56 messen würde, würde die Stromdiagnoseschaltung 32 für die Spannung einen Wert von null Volt messen, da der Eingang des elektrischen Leiters 56 mit demselben Massepotential gekoppelt ist, mit dem auch die Stromdiagnoseschaltung 32 gekoppelt ist. Dementsprechend kann, wenn die Stromdiagnoseschaltung 32 die Spannung am Ausgang des elektrischen Leiters 56 misst, angenommen werden, dass die Stromdiagnoseschaltung 32 den Spannungspegel (z B. Spannungsabfall) über dem elektrischen Leiter 56 misst.
  • Die Stromdiagnoseschaltung 32 kann die gemessene Spannung mit dem bekannten Widerstandswert des elektrischen Leiters 56 kombinieren. Zum Beispiel ist, obwohl der elektrische Leiter 56 als ein Leiter fungiert, ein gewisser Betrag eines minimalen Widerstands mit dem elektrischen Leiter 56 verknüpft. Beispielsweise beträgt der Widerstand des elektrischen Leiters 56 ungefähr 0,6 Milliohm (mOhm). Außerdem können die Montagetechniken, die angewendet werden, um die Vorrichtung 34 anzuschließen, den Gesamtwiderstand der Vorrichtung 34 beeinflussen (z B. die Montagedrähte und der elektrische Leiter 56). Zum Beispiel kann sich, wenn die Vorrichtung 34 schlecht an den Schaltern Tah und Tal angebracht ist, der Gesamtwiderstand der Vorrichtung 34 erhöhen. Jedoch können eventuelle Änderungen der Impedanz relativ klein sein. Zum Beispiel kann der Gesamtwiderstand des leitenden Pfades (z B. der Verbindungsdrähte und des elektrischen Leiters 56) ungefähr 0,6 mOhm +10-20 % betragen.
  • Die Stromdiagnoseschaltung 32 kann den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Strommenge bestimmen, wobei der zusätzliche Messwert zusätzlich zu einem Messwert der durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Strommenge ist, der unter Verwendung des Stromsensors 58 bestimmt wurde. Die Stromdiagnoseschaltung 32 kann Daten übertragen, die für den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Strommenge indikativ ist. Zum Beispiel kann die Stromdiagnoseschaltung 32 den Wert der zusätzlichen Messung des durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Stroms auf der Basis des Spannungspegels über dem elektrischen Leiter 56 an die Diagnoseschnittstelle 38 ausgeben.
  • Die Diagnoseschnittstelle 38 kann außerdem die auf der Basis des Stromsensors 58 gemessene Strommenge von der Strommessschnittstelle 42 empfangen. Die Diagnoseschnittstelle 38 kann die zwei Strommessungen vergleichen und bestimmen, ob wesentliche Unterschiede in den Messwerten vorhanden sind. Zum Beispiel verwendet die Diagnoseschnittstelle 38 den Strommesswert von der Stromdiagnoseschaltung 32, um zu bestimmen, ob der Strommesswert von der Strommessschnittstelle 42 plausibel ist. Anders ausgedrückt, die Diagnoseschnittstelle 38 überprüft der Strommesswert, welcher unter Verwendung des Stromsensors 58 bestimmt wurde, auf der Basis der Daten, die den zusätzlichen Messwert des Stroms angeben, wie er von der Stromdiagnoseschaltung 32 bestimmt wurde.
  • Der Strommesswert von der Stromdiagnoseschaltung 32 ist möglicherweise nicht so genau wie der Strommesswert von der Strommessschnittstelle 42. Dementsprechend sind die beiden Strommesswerte möglicherweise nicht genau gleich, liegen jedoch innerhalb eines plausiblen Bereichs, der für eine Überprüfung nützlich ist. Zum Beispiel kann, falls die prozentuale Abweichung zwischen dem Strommesswert von der Stromdiagnoseschaltung 32 und dem Strommesswert von der Strommessschnittstelle 42 innerhalb eines plausiblen Bereichs liegt, die Diagnoseschnittstelle 38 bestimmen, dass keine Funktionsstörung vorliegt (z B. feststellen, dass die Strommessung durch die Strommessschnittstelle 42 genau ist). Dagegen kann, falls die prozentuale Abweichung zwischen dem Strommesswert von der Stromdiagnoseschaltung 32 und dem Strommesswert von der Strommessschnittstelle 42 außerhalb eines plausiblen Bereichs liegt, die Diagnoseschnittstelle 38 bestimmen, dass eine Funktionsstörung vorliegt (z B. feststellen, dass die Strommessung durch die Strommessschnittstelle 42 nicht genau ist).
  • In einigen Fällen kann die Stromdiagnoseschaltung 32 einen negativen Spannungspegel messen, da der Eingang des elektrischen Leiters 56 mit dem Massepotential gekoppelt ist und die Spannung über dem elektrischen Leiter 56 abfällt. Dies bedeutet, dass die Spannung am Ausgang des elektrischen Leiters 56 bei einer niedrigeren Spannung liegt als der Eingang des elektrischen Leiters 56. Die Diagnoseschnittstelle 38 kann dafür ausgelegt sein, entsprechend solchen Differenzen in den gemessenen Strömen Korrekturen vorzunehmen, sowie solche Informationen für zusätzliche Diagnoseprüfungen zu verwenden.
  • Zum Beispiel ist, falls der von der Stromdiagnoseschaltung 32 gemessene Spannungspegel negativ ist, der von der Stromdiagnoseschaltung 32 bestimmte Strom dann ebenfalls negativ. Die Diagnoseschnittstelle 38 kann dafür ausgelegt sein zu bestimmen, dass, wenn die Stromdiagnoseschaltung 32 einen negativen Stromwert für den Phasenstrom Ia ausgibt und die Strommessschnittstelle 42 einen positiven Stromwert für den Phasenstrom Ia ausgibt, die Plausibilitätsprüfung auf eine mögliche Funktionsstörung in dem Strommesspfad hinweist.
  • Auf diese Weise bestimmt die Stromdiagnoseschaltung 32 die durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge auf eine Art und Weise, die vollständig unabhängig von dem Weg ist, auf dem die Strommessschnittstelle 42 die durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge bestimmt. Anders ausgedrückt, die zusätzliche Messung des durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Stroms ist unabhängig von der Messung des durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Stroms, die unter Verwendung des Stromsensors 58 durchgeführt wird. Diese Unabhängigkeit zwischen zwei verschiedenen Wegen der Bestimmung der durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Strommenge sorgt zusätzlich dafür, dass eine Funktionsstörung in dem Strommesspfad oder eine Datenkorruption auf eine zuverlässige Weise erkannt werden kann.
  • Zum Beispiel hat ein eventueller Verlust der Fähigkeit der Strommessschnittstelle 42, den durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Strom zu bestimmen, keine Auswirkung auf die Fähigkeit der Stromdiagnoseschaltung 32, die durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge zu bestimmen. Somit ist die Wahrscheinlichkeit, dass sowohl die Strommessschnittstelle 42 als auch die Stromdiagnoseschaltung 32 gleichzeitig die durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge fehlerhaft bestimmen, sehr gering. Zum Beispiel wären wahrscheinlich unterschiedliche Fehlerszenarien erforderlich, damit sowohl die Strommessschnittstelle 42 als auch die Stromdiagnoseschaltung 32 gleichzeitig ausfallen. Ein einziges Fehlerszenario, welches dazu führt, dass sowohl die Strommessschnittstelle 42 als auch die Stromdiagnoseschaltung 32 ausfallen, wäre sehr unwahrscheinlich.
  • In einigen Beispielen kann, zusätzlich zum Bestimmen der durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Strommenge, die Stromdiagnoseschaltung 32 auch dafür ausgelegt sein, einen schnellen Überstromschutz unabhängig von der Steuereinrichtung 24 und der primärseitigen Stromversorgung 36 sicherzustellen. Zum Beispiel kann die Stromdiagnoseschaltung 32 den durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Strom bestimmen, wie oben in Bezug auf eine zusätzliche Messung beschrieben wurde, und falls der Strompegel über einem gewissen Schwellenwert liegt, kann die Stromdiagnoseschaltung 32 bewirken, dass der Ausgangstreiber 48 des High-Side-Gate-Treibers 28 den Schalter Tah deaktiviert. Das Deaktivieren des Schalters Tah bewirkt umgehend, dass der Strom aufhört, durch den elektrischen Leiter 56 zu fließen.
  • Beispielsweise kann die Stromdiagnoseschaltung 32 den Spannungspegel über dem elektrischen Leiter 56 bestimmen. Die Stromdiagnoseschaltung 32 kann den bestimmten Spannungspegel mit einer Referenzspannung der Stromdiagnoseschaltung 32 vergleichen. Falls die bestimmte Spannung größer als die Referenzspannung ist, kann die Stromdiagnoseschaltung 32 veranlassen, dass der Ausgangstreiber 48 des High-Side-Gate-Treibers 38 den Schalter Tah deaktiviert. Durch Wählen des Wertes der Referenzspannung innerhalb der Stromdiagnoseschaltung 32 kann ein Überstromschutz für unterschiedliche Strompegel vorgesehen werden.
  • Die Verwendung der Stromdiagnoseschaltung 32 für den Überstromschutz sorgt für einen schnellen Überstromschutz im Vergleich zur Verwendung nur der Steuereinrichtung 24 zur Gewährleistung des Überstromschutzes. Zum Beispiel wurde eine Verwendung der Steuereinrichtung 24 zur Gewährleistung des Überstromschutzes erfordern, darauf zu warten, dass die Strommessschnittstelle 42 der Steuereinrichtung 24 bestimmt, dass der durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strom zu hoch ist. Danach müsste die Schaltersteuerungsschaltung 40 ein Signal an den Pegelverschieber 46 ausgeben, welches den Pegelverschieber 46 anweist, den Ausgangstreiber 48 zu veranlassen, den Schalter Tah zu deaktivieren. Danach würde der Ausgangstreiber 48 den Schalter Tah deaktivieren.
  • Damit die Steuereinrichtung 24 einen Überstromschutz gewährleistet, ist es erforderlich, dass die primärseitige Stromversorgung 36, der Stromsensor 58, die Strommessschnittstelle 42, die Schaltersteuerungsschaltung 40, die Isolationsbarriere 26, der Pegelverschieber 46 und der Ausgangstreiber 48 alle korrekt funktionieren. Damit die Stromdiagnoseschaltung 32 einen Überstromschutz gewährleistet, ist es lediglich erforderlich, dass der Ausgangstreiber 48 korrekt funktioniert, da die Entscheidung darüber, ob der Schalter Tah aktiviert oder deaktiviert wird, lokal realisiert wird (z B. auf der sekundären Seite, ohne dass irgendeine Notwendigkeit besteht, Daten zu der primären Seite zu übertragen oder Daten zu irgendeiner Schnittstelle zu übertragen). Somit kann ein Überstromschutz unter Verwendung der Stromdiagnoseschaltung 32 weniger fehleranfällig sein, als es der Fall ist, wenn man sich zur Gewährleistung des Überstromschutzes auf die Steuereinrichtung 24 stützt.
  • Wie dargestellt, ist die Stromdiagnoseschaltung 32 außerhalb des High-Side-Gate-Treibers 28 angeordnet. Jedoch sind die Aspekte dieser Offenbarung nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel wird, wie oben beschrieben, die Stromdiagnoseschaltung 32 durch die High-Side-Treiberversorgung 44 mit Strom versorgt, welche auch die Komponenten des High-Side-Gate-Treibers 28 versorgt. Dementsprechend enthält in einigen Beispielen der High-Side-Gate-Treiber 28 die Stromdiagnoseschaltung 32.
  • Ferner gibt, wie oben beschrieben, der Pegelverschieber 46 Diagnoseinformationen an die Diagnoseschnittstelle 38 aus. In Beispielen, in denen der High-Side-Gate-Treiber 28 die Stromdiagnoseschaltung 32 enthält, kann die Stromdiagnoseschaltung 32 den Wert der bestimmten Strommenge über den Pegelverschieber 46 an die Diagnoseschnittstelle 38 ausgeben. In diesen Beispielen ist keine zusätzliche Kommunikationsschnittstelle zwischen der Stromdiagnoseschaltung 32 und der Diagnoseschnittstelle 38 erforderlich. Anders ausgedrückt, der Pegelverschieber 46 kann als eine Kommunikationsschnittstelle betrachtet werden. In Beispielen, in denen der High-Side-Gate-Treiber 28 die Stromdiagnoseschaltung 32 enthält, kann die Stromdiagnoseschaltung 32 Daten über die Kommunikationsschnittstelle (z B. den Pegelverschieber 46) des High-Side-Gate-Treibers 28 übertragen.
  • In Beispielen, in denen die Stromdiagnoseschaltung 32 den bestimmten zusätzlichen Messwert über den Pegelverschieber 46 ausgibt, ist eine Erhöhung der Datenmenge vorhanden, welche der High-Side-Gate-Treiber 28 an die Diagnoseschnittstelle 38 ausgibt, was wiederum eine hohe Beanspruchung der Bandbreite zur Folge hat. Möglicherweise ist es jedoch nicht erforderlich, dass die Stromdiagnoseschaltung 32 ständig und genau die durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge bestimmt und diese Daten zu der Diagnoseschnittstelle 38 überträgt.
  • Zum Beispiel kann die Strommessschnittstelle 42 standig und genau die durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge bestimmen. Es ist möglicherweise nicht erforderlich, ständig die Plausibilitätsprüfung durchzuführen (z B. ständig die Strommessung zu überprüfen). Vielmehr können einige Stichproben der durch die Stromdiagnoseschaltung 32 übertragenen Daten pro Periode ausreichend sein, um die Strommessung durch die Strommessschnittstelle 42 zu überprüfen. Außerdem ist, um die Plausibilitätsprüfung durchzuführen, keine exakte Messung des Stroms erforderlich. Eine Näherung des Strompegels des durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Stroms kann ausreichend sein.
  • In einigen Beispielen kann die Stromdiagnoseschaltung 32 periodisch einen Wert niedriger Auflösung für die durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge bestimmen und periodisch die Daten (z B. den Wert) der durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Strommenge zu der Diagnoseschnittstelle 38 übertragen. Daher ist die Erhöhung der Datenmenge, welche der High-Side-Gate-Treiber 28 zu der Diagnoseschnittstelle 38 übertragen müsste, in Beispielen, in denen der High-Side-Gate-Treiber 28 die Stromdiagnoseschaltung 32 enthält, minimal, was wiederum eine minimale Beanspruchung der Bandbreite bewirkt.
  • Außerdem sind hohe Genauigkeitsgrade bezüglich der Strommessung für den Überstromschutz nicht erforderlich, da der Überstromschutz verwendet wird, um wenigstens die Schalter davor zu schützen, dass sie von zu viel Strom durchflossen werden. Es werde zum Beispiel angenommen, dass die Stromdiagnoseschaltung 32 dafür ausgelegt ist, einen Überstromschutz für Ströme über 150 % des Nennbetriebsstroms zu gewährleisten (d. h. der Überstrompegel beträgt 150 % des Nennbetriebsstroms). In diesem Beispiel ist es möglich, da die Stromdiagnoseschaltung 32 die durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge nicht präzise bestimmt, dass die Stromdiagnoseschaltung 32 einen Überstromschutz bei 155 % oder 145 % des Nennbetriebsstroms gewährleistet.
  • Ein eventueller Mangel an Präzision der Messungen der Stromdiagnoseschaltung 32 für den Überstromschutz kann ausgeglichen werden, indem der Pegel eingestellt wird, bei welchem die Stromdiagnoseschaltung 32 einen Überstromschutz gewährleistet. Falls es zum Beispiel entscheidend ist, einen Überstromschutz bei 150 % des Nennstroms zu gewährleisten, kann die Stromdiagnoseschaltung 32 dafür ausgelegt sein, einen Überstromschutz bei 125 % des Nennstroms zu gewährleisten, so dass ein eventueller Mangel an Präzision bei den Messungen der Stromdiagnoseschaltung 32 keine Auswirkungen auf den kritischen Schutz hat. Außerdem hat, da die Strommessschnittstelle 42 Teil der Regelschleife zum Einstellen des zum Motor 16 während des Betriebs fließenden Stroms ist, ein eventueller Mangel an Präzision bei den Messungen der Stromdiagnoseschaltung 32 keine Auswirkungen auf die Regelschleife.
  • Es ist jedoch anzumerken, dass, falls der Nennstrom 50 Ampere (A) beträgt, der Widerstand des elektrischen Leiters 56 6 mOhm beträgt und der Pegel des Überstromschutzes 150 % des Nennstroms (d. h. 75 A) beträgt, der Spannungsabfall über dem elektrischen Leiter 56 ungefähr 45 Millivolt (mV) beträgt (d. h. 75 A * 0,6 mOhm gleich 45 mV). Die Stromdiagnoseschaltung 32 kann in der Lage sein, 45 mV genau zu messen. Daher kann es sogar dann, wenn eine hohe Genauigkeit für den Uberstromschutz nicht erforderlich ist, möglich sein, dass die Stromdiagnoseschaltung 32 einen Uberstromschutz von hoher Genauigkeit gewährleistet.
  • Wie oben beschrieben, beträgt der Widerstand des elektrischen Leiters 56 ungefähr 0,6 mOhm. Falls der Nennbetriebsstrom 50 A beträgt, so beträgt die durch den elektrischen Leiter 56 abgegebene Leistung ungefähr 1,5 Watt (W) (d. h. 502 * 0,0006 gleich 1,5 W). Ein elektrischer Leiter 56, der 1,5 W abgibt, dürfte nicht ausreichend sein, um die Vorrichtung 34 zu erwärmen. Anders ausgedrückt, da der Widerstand des elektrischen Leiters 56 nur 0,6 mOhm beträgt, dürften wenig bzw. keine Kühlungsprobleme in dem Nennbetriebsbereich von 50 A auftreten.
  • Wie oben beschrieben, zeigt 2 die Stromdiagnoseschaltung 32 für ein Schalterpaar (z B. Schalter Tah und Tal). In einigen Beispielen ist es möglicherweise nicht erforderlich, Stromdiagnoseschaltungen für alle drei Schalterpaare vorzusehen. Zum Beispiel kann für einen dreiphasigen Motor 16 eine Anforderung sein, dass die Summe der Ströme Ia, Ib und Ic null ist. Dementsprechend kann es möglich sein, falls zwei Phasenströme gemessen werden, den dritten Phasenstrom zu bestimmen. Jedoch kann die Verwendung von drei Stromdiagnoseschaltungen (eine für jeden Phasenstrom) von Nutzen sein, um zusatzliche Plausibilitatsprüfungen vorzusehen.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm, dass eine beispielhafte Funktionsweise entsprechend einer oder mehreren in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken darstellt. Für Zwecke der Veranschaulichung wird das Beispiel von 3 unter Bezugnahme auf das System 22 von 2 beschrieben.
  • In dem in 3 dargestellten Prozess kann die Stromdiagnoseschaltung 32 einen Spannungspegel über dem elektrischen Leiter 56 (z B. direkt über dem elektrischen Leiter 56) der Vorrichtung 34 bestimmen (60). Zum Beispiel besteht bei den in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken möglicherweise keine Notwendigkeit, den Spannungspegel über einem separaten Shunt zu messen, welcher sich in dem Strompfad befindet. Vielmehr bildet der elektrische Leiter 56 der Vorrichtung 34 einen Hilfs-Shunt.
  • In diesem Beispiel ist ein Eingang des elektrischen Leiters 56 mit einem Massepotential der Stromdiagnoseschaltung 32 gekoppelt. Zum Beispiel wird die Stromdiagnoseschaltung 32 von derselben Stromversorgung (d. h. der High-Side-Treiberversorgung 44) mit Strom versorgt, welche die Komponenten des High-Side-Gate-Treibers 28 versorgt.
  • Die Stromdiagnoseschaltung 32 kann einen zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Strommenge auf der Basis des bestimmten Spannungspegels bestimmen (62). Der zusätzliche Messwert ist ein zusätzlicher Wert zu einem Messwert der durch den elektrischen Leiter fließenden Strommenge, welcher unter Verwendung des Stromsensors 58 bestimmt wurde. Zum Beispiel kann der Widerstand des elektrischen Leiters 56 ungefähr 0,6 mOhm betragen, und durch Dividieren des bestimmten Spannungsabfalls durch den bekannten Widerstand kann die Stromdiagnoseschaltung 32 die durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge bestimmen.
  • Die Stromdiagnoseschaltung 32 kann Daten übertragen, welche den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter fließenden Strommenge angeben (64). Die zusätzliche Messung kann zum Überprüfen der mit dem Sensor 58 der Vorrichtung 34 vorgenommenen Messung der durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Strommenge dienen. Zum Beispiel kann die Stromdiagnoseschaltung 32 den Wert der zusätzlichen Messung der durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Strommenge zu der Steuereinrichtung 24 übertragen (z B. über die Isolationsbarriere 26). Die Steuereinrichtung 24 kann den Wert der zusätzlichen Messung der durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Strommenge benutzen, um zu bestimmen, ob eine Messung des durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Stroms plausibel ist.
  • In einigen Beispielen kann die Stromdiagnoseschaltung 32 die Daten über den High-Side-Gate-Treiber 28 übertragen. Zum Beispiel kann der Pegelverschieber 46 des High-Side-Gate-Treibers 28 dafür ausgelegt sein, Diagnoseinformationen zu der Steuereinrichtung 24 zu übertragen, und die Stromdiagnoseschaltung 32 kann die Daten über den Pegelverschieber 46 übertragen.
  • Die Stromdiagnoseschaltung 32 kann bestimmen, ob die durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge größer als ein oder gleich einem Überstrompegel ist (66). Falls die Stromdiagnoseschaltung 32 bestimmt, dass die durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge größer als der oder gleich dem Überstrompegel ist, kann die Stromdiagnoseschaltung 32 bewirken, dass der Schalter Tah das Fließen des Stroms durch den elektrischen Leiter 56 verhindert, indem sie den Schalter Tah deaktiviert (68). Zum Beispiel kann die Stromdiagnoseschaltung 32 bewirken, dass der Ausgangstreiber 48 das Deaktivieren von Tah veranlasst, falls die Stromdiagnoseschaltung 32 bestimmt, dass der durch den elektrischen Leiter 34 fließende Strom größer als der oder gleich dem Überstrompegel ist.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, welches eine andere beispielhafte Funktionsweise entsprechend einer oder mehreren in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken zeigt. Für Zwecke der Veranschaulichung wird das Beispiel von 4 unter Bezugnahme auf das System 22 von 2 beschrieben.
  • In dem in 4 dargestellten Prozess kann die Steuereinrichtung 24 die durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge auf der Basis eines Signals messen, das von dem Stromsensor 58 ausgegeben wird (70). Zum Beispiel ist der Stromsensor 58 von dem elektrischen Leiter 56 getrennt, und die Strommessschnittstelle 42 kann den durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Strom kontinuierlich auf der Basis des von dem Stromsensor 58 ausgegebenen Signals messen.
  • Die Steuereinrichtung 24 kann außerdem Daten empfangen, die für die durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge indikativ sind, die durch die Stromdiagnoseschaltung 32 bestimmt wird (d. h. Daten der zusätzlichen Messung) (72). In diesem Beispiel sind die Steuereinrichtung 24 und die Stromdiagnoseschaltung 32 auf unterschiedliche Potentiale bezogen. Dementsprechend empfängt die Steuereinrichtung 24 die Daten, die für die bestimmte, durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge indikativ sind, über die Isolationsbarriere 26. Die Steuereinrichtung 24 kann auf der Basis der empfangenen Daten, die für die bestimmte, durch den elektrischen Leiter 56 fließende Strommenge indikativ sind, überprüfen, ob die Messung der durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Menge an elektrischem Strom plausibel ist (74). Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 24 auf der Basis der empfangenen Daten, die für die zusätzliche Messung der durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Strommenge indikativ sind, bestimmen, ob die Messung der durch den elektrischen Leiter 56 fließenden Menge an elektrischem Strom plausibel ist.
  • Es wurden verschiedene Beispiele der Techniken beschrieben. Diese und andere Beispiele sind im Schutzbereich der folgenden Ansprüche enthalten.

Claims (18)

  1. System (22), welches aufweist: eine Vorrichtung (34), welche einen elektrischen Leiter (56) und einen Stromsensor (58) aufweist, wobei der Stromsensor (58) dafür ausgelegt ist, ein Signal auszugeben, das für eine durch den elektrischen Leiter (56) fließende Strommenge (Ia) indikativ ist, wobei der Stromsensor (58) und der elektrische Leiter (56) galvanisch getrennt sind; eine Stromdiagnoseschaltung (32), welche dafür ausgelegt ist: einen Spannungspegel über dem elektrischen Leiter (56) der Vorrichtung (34) zu bestimmen; und auf einer Basis des bestimmten Spannungspegels einen zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) zu bestimmen, wobei der zusätzliche Messwert ein zusätzlicher Wert zu einem Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) ist, der unter Verwendung des Stromsensors (58) der Vorrichtung (34) bestimmt wird; eine Halbbrücke mit einem Schalter (Tah, Tal), welcher ein Fließen des Stroms durch den elektrischen Leiter (56) ermöglicht; und einen Gate-Treiber (28, 30), welcher dafür ausgelegt ist, den Schalter (Tah, Tal) zu aktivieren oder zu deaktivieren, um ein Fließen des Stroms durch den elektrischen Leiter (56) zu ermöglichen oder zu verhindern, wobei der elektrische Leiter (56) zwischen einem Halbbrückenausgang und einem Knoten zur Verbindung mit einem Elektromotor (16) angeordnet ist, wobei der durch den elektrischen Leiter (56) fließende Strom (Ia) eine Phase von mehreren Phasen des Elektromotors (16) antreibt, und wobei der Halbbrückenausgang und die Stromdiagnoseschaltung (32) das gleiche Referenzpotential aufweisen, wobei das System (22) ferner aufweist: eine Steuereinrichtung (24), welche auf ein Massepotential bezogen ist, das von einem Massepotential der Stromdiagnoseschaltung (32) verschieden ist; und eine Isolationsbarriere (26); wobei die Stromdiagnoseschaltung (32) dafür ausgelegt ist, Daten, welche den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) angeben, über die Isolationsbarriere (26) zu der Steuereinrichtung (24) zu übertragen.
  2. System (22) nach Anspruch 1, wobei die Stromdiagnoseschaltung (32) dafür ausgelegt ist, Daten zu übertragen, welche den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) angeben.
  3. System (22) nach Anspruch 2, welches ferner aufweist: eine Steuereinrichtung (24), welche dafür ausgelegt ist: auf einer Basis des von dem Stromsensor (58) ausgegebenen Signals die Strommenge (Ia) zu messen, welche durch den elektrischen Leiter (56) fließt; die Daten, welche den zusätzlichen Messwert angeben, von der Stromdiagnoseschaltung (32) zu empfangen; und auf einer Basis der empfangenen Daten, welche den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) angeben, die gemessene Strommenge zu überprüfen.
  4. System (22) nach Anspruch 1, wobei die Stromdiagnoseschaltung (32) dafür ausgelegt ist, den Spannungspegel direkt über dem elektrischen Leiter (58) der Vorrichtung (34) zu bestimmen.
  5. System (22) nach Anspruch 1, wobei beide Kontakte des elektrischen Leiters (56) mit Eingängen der Stromdiagnoseschaltung (32) gekoppelt sind.
  6. System (22) nach Anspruch 1, wobei die Stromdiagnoseschaltung (32) dafür ausgelegt ist: zu bestimmen, ob der zusätzliche Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) anzeigt, dass die durch den elektrischen Leiter (56) fließende Strommenge (Ia) größer als ein oder gleich einem Überstrompegel ist; und zu bewirken, dass der Schalter (Tah, Tal) verhindert, dass der Strom durch den elektrischen Leiter (56) fließt, falls die durch den elektrischen Leiter (56) fließende Strommenge (Ia) größer als der oder gleich dem Überstrompegel ist.
  7. System (22) nach Anspruch 1, wobei ein Massepotential des Gate-Treibers (28, 30) mit einem Massepotential der Stromdiagnoseschaltung (32) im Zusammenhang steht.
  8. System (22) nach Anspruch 7, wobei der Gate-Treiber (28, 30) die Stromdiagnoseschaltung (32) aufweist, wobei der Gate-Treiber (28, 30) eine Kommunikationsschnittstelle enthält und wobei die Stromdiagnoseschaltung (32) dafür ausgelegt ist, Daten, welche den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) angeben, über die Kommunikationsschnittstelle des Gate-Treibers (28, 30) zu übertragen.
  9. System (22) nach Anspruch 1, welches ferner aufweist: einen Elektromotor (16).
  10. Verfahren zur Stromdiagnose, wobei das Verfahren aufweist: Bestimmen, mit einer Stromdiagnoseschaltung (32), eines Spannungspegels über einem elektrischen Leiter (56) einer Vorrichtung (34), wobei die Vorrichtung (34) den elektrischen Leiter (56) und einen Stromsensor (58) aufweist, welche galvanisch getrennt sind, und wobei der Stromsensor (58) dafür ausgelegt ist, ein Signal auszugeben, das für eine durch den elektrischen Leiter (56) fließende Strommenge (Ia) indikativ ist; Bestimmen, mit der Stromdiagnoseschaltung (32), eines zusätzlichen Messwerts der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) auf einer Basis des bestimmten Spannungspegels, wobei der zusätzliche Messwert ein zusätzlicher Wert zu einem Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) ist, der unter Verwendung des Stromsensors (58) der Vorrichtung (34) bestimmt wird; Aktivieren oder Deaktivieren eines Schalters (Tah, Tal) einer Halbbrücke durch einen Gate-Treiber (28, 30), um ein Fließen des Stroms durch den elektrischen Leiter (56) zu ermöglichen oder zu verhindern; und Treiben einer Phase von mehreren Phasen eines Elektromotors (16) mit dem durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strom (Ia); wobei der elektrische Leiter (56) zwischen einem Halbbrückenausgang und einem Knoten zur Verbindung mit einem Elektromotor (16) angeordnet ist, und wobei der Halbbrückenausgang und die Stromdiagnoseschaltung (32) das gleiche Referenzpotential aufweisen, wobei das Verfahren ferner aufweist: Übertragen von Daten, welche den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) angeben, über eine Isolationsbarriere (26) zu einer Steuereinrichtung (24), wobei die Steuereinrichtung (24) auf ein Massepotential bezogen ist, das von einem Massepotential der Stromdiagnoseschaltung (32) verschieden ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, welches ferner aufweist: Übertragen von Daten, welche den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) angeben.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, welches ferner aufweist: Messen der Strommenge (Ia), welche durch den elektrischen Leiter (56) fließt, auf einer Basis des von dem Stromsensor (58) ausgegebenen Signals; Empfangen der Daten, welche den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) angeben; und Überprüfen der gemessenen Strommenge auf einer Basis der empfangenen Daten, welche den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) angeben.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bestimmen des Spannungspegels über dem elektrischen Leiter (56) das Bestimmen, mit der Stromdiagnoseschaltung (32), eines Spannungspegels direkt über einem Ausgang des elektrischen Leiters (56) und einem Eingang des elektrischen Leiters (56) beinhaltet.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, welches ferner aufweist: Bestimmen, ob der zusätzliche Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) anzeigt, dass die durch den elektrischen Leiter (56) fließende Strommenge (Ia) größer als ein oder gleich einem Überstrompegel ist; und Bewirken, dass der Schalter (Tah, Tal) verhindert, dass der Strom durch den elektrischen Leiter (56) fließt, falls die durch den elektrischen Leiter (56) fließende Strommenge (Ia) größer als der oder gleich dem Überstrompegel ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Bestimmen, ob der zusätzliche Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) anzeigt, dass die durch den elektrischen Leiter (56) fließende Strommenge (Ia) größer als der oder gleich dem Überstrompegel ist, beinhaltet: Bestimmen, mit der Stromdiagnoseschaltung (32), ob die zusätzliche Messung der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) anzeigt, dass die durch den elektrischen Leiter (56) fließende Strommenge (Ia) größer als der oder gleich dem Überstrompegel ist, wobei das Bewirken, dass der Schalter (Tah, Tal) verhindert, beinhaltet: Bewirken, mit dnem Gate-Treiber (28, 30), dass der Schalter (Tah, Tal) verhindert, dass der Strom durch den elektrischen Leiter (56) fließt, falls die durch den elektrischen Leiter (56) fließende Strommenge (Ia) größer als der oder gleich dem Überstrompegel ist.
  16. System, welches aufweist: Mittel zum Bestimmen eines Spannungspegels über einem elektrischen Leiter (56) einer Vorrichtung (34), wobei die Vorrichtung (34) den elektrischen Leiter (56) und einen Stromsensor (58) aufweist, welche galvanisch getrennt sind, und wobei der Stromsensor (58) dafür ausgelegt ist, ein Signal auszugeben, das für eine durch den elektrischen Leiter (56) fließende Strommenge (Ia) indikativ ist; Mittel zum Bestimmen eines zusätzlichen Messwerts der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) auf einer Basis des bestimmten Spannungswerts, wobei der zusätzliche Messwert ein zusätzlicher Wert zu einem Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) ist, der unter Verwendung des Stromsensors (58) der Vorrichtung (34) bestimmt wird; eine Halbbrücke mit einem Schalter (Tah, Tal), welcher ein Fließen des Stroms durch den elektrischen Leiter (56) ermöglicht; und Mittel zum Aktivieren und Deaktivieren des Schalters (Tah, Tal), um ein Fließen des Stroms durch den elektrischen Leiter (56) zu ermöglichen oder zu verhindern, wobei der elektrische Leiter (56) zwischen einem Halbbrückenausgang und einem Knoten zur Verbindung mit einem Elektromotor (16) angeordnet ist, wobei der durch den elektrischen Leiter (56) fließende Strom (Ia) eine Phase von mehreren Phasen des Elektromotors (16) antreibt, und wobei der Halbbrückenausgang und die Mittel zum Bestimmen des Spannungspegels das gleiche Referenzpotential aufweisen, wobei das System ferner aufweist: eine Steuereinrichtung (24), welche auf ein Massepotential bezogen ist, das von einem Massepotential der Mittel zum Bestimmen des Spannungspegels verschieden ist; und eine Isolationsbarriere (26); wobei die Mittel zum Bestimmen des Spannungspegels dafür ausgelegt sind, Daten, welche den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) angeben, über die Isolationsbarriere (26) zu der Steuereinrichtung (24) zu übertragen.
  17. System nach Anspruch 16, welches ferner aufweist: Mittel zum Übertragen von Daten, welche den zusätzlichen Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) angeben.
  18. System nach Anspruch 16, welches ferner aufweist: Mittel zum Bestimmen, ob der zusätzliche Messwert der durch den elektrischen Leiter (56) fließenden Strommenge (Ia) anzeigt, dass die durch den elektrischen Leiter (56) fließende Strommenge (Ia) größer als ein oder gleich einem Überstrompegel ist; wobei die Mittel zum Aktivieren und Deaktivieren des Schalters (Tah, Tal) bewirken, dass der Schalter (Tah, Tal) verhindert, dass der Strom durch den elektrischen Leiter (56) fließt, falls die durch den elektrischen Leiter (56) fließende Strommenge (Ia) größer als der oder gleich dem Überstrompegel ist.
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