DE102016102264A1

DE102016102264A1 - MOSFET-Schutz durch EKM-Messung

Info

Publication number: DE102016102264A1
Application number: DE102016102264.0A
Authority: DE
Inventors: Nestor Mbogni; Nazmul Alam; Panagiotis Kosioris
Original assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-08-10
Also published as: WO2017137254A1; CN108701988A; CN108701988B

Abstract

Die Beschreibung umfasst eine Vorrichtung zur Lenkung eines Fahrzeugs, umfassend: eine Endstufe (3, 4) zur Ansteuerung eines Elektromotors (1, 2), einen Zwischenkreis zur Versorgung der Endstufe (3, 4) mit elektrischer Energie, wobei der Zwischenkreis eine Zwischenkreisspannung (V2, V3) aufweist, einen Trennschalter (8, 9) zur Abkopplung der Endstufe (3, 4) von der Lenkung und einen Verpolschutz (7) zum Verhindern eines verkehrten Anschlusses einer Versorgungsspannung (5) an die Endstufe (3, 4), wobei die Vorrichtung bei hoher Zwischenkreisspannung (V2, V3) einen Impuls zur Schließung des Verpolschutzes (7) generiert.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lenkung eines Fahrzeugs und ein Verfahren zur Vermeidung einer Beschädigung eines Verpolschutzes einer Lenkung eines Fahrzeugs.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Stand der Technik sind Trennschalter und Schalter als Verpolschutz bekannt. Diese Leistungsschalter können insbesondere als Mosfets ausgebildet sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Trennschalter sind insbesondere notwendig, um einzelne Elektromotoren oder Steuerungen von Elektromotoren eines Lenksystems abzuschalten. Hierdurch kann eine Lenkfähigkeit trotz des Ausfalls eines Elektromotors bzw. Servomotors des Lenksystems erhalten werden. Allerdings kann das Abschalten eines Servomotors zur Entstehung einer hohen elektromotorischen Kraft führen (z.B. Abschalten von Induktivitäten). Diese elektromotorische Kraft kann die Spannungsfestigkeit des entsprechenden Trennschalters überschreiten, wodurch sich eine Beschädigung des Trennschalters ergeben kann. Auch weitere Leistungsschalter, insbesondere ein Verpolschutz, können in Mitleidenschaft gezogen werden.
Eine Aufgabe ist daher, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen Schutz eines Verpolschutzes vor einer hohen elektromotorischen Kraft bietet.
Als erste Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Lenkung eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, umfassend: eine Endstufe zur Ansteuerung eines Elektromotors, einen Zwischenkreis zur Versorgung der Endstufe mit elektrischer Energie, wobei der Zwischenkreis eine Zwischenkreisspannung aufweist, einen Trennschalter zur Abkopplung der Endstufe von der Lenkung und einen Verpolschutz zum Verhindern eines verkehrten Anschlusses einer Versorgungsspannung an die Endstufe, wobei die Vorrichtung bei hoher Zwischenkreisspannung einen Impuls zur Schließung des Verpolschutzes generiert.
Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Vermeidung einer Beschädigung eines Verpolschutzes einer Lenkung eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte: Messen einer Zwischenkreisspannung einer Brückenschaltung eines Servomotors, Vergleichen der Zwischenkreisspannung mit einer Vergleichsspannung und falls die Zwischenkreisspannung größer als die Vergleichsspannung ist, Durchführen einer ersten Maßnahme.
Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei der Verpolschutz als Mosfet ausgebildet ist und seine intrinsische Bodydiode entgegen der Zwischenkreisspannung gerichtet ist.
Ist die intrinsische Bodydiode eines Mosfets entgegen einer möglichen elektromotorischen Kraft gerichtet, ist die intrinsische Bodydiode in Sperrichtung geschaltet. In diesem Fall liegt die elektromotorische Kraft über dem Mosfet. Überschreitet die elektromotorische Kraft die Spannungsfestigkeit des Mosfets kann sich eine Beschädigung des Mosfets ergheben. Insbesondere ein Verpolschutz in Form eines Mosfets kann in Mitleidenschaft gezogen werden. Die elektromotorische Kraft kann die Zwischenkreisspannung, insbesondere bei Abbau der energetischen Felder von Induktivitäten des Elektromotors der Lenkung, ergeben. Der Servomotor entspricht dem Elektromotor.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei die intrinsische Bodydiode des Trennschalters in Richtung der Zwischenkreisspannung ausgebildet ist.
Die Mosfets der Trennschalter sind derart geschaltet, dass ihre intrinsische Bodydioden (intrinsic body diodes) in Durchlassrichtung bezüglich einer elektromotorischen Kraft geschaltet sind.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung eine Schaltung zum Vergleichen der Zwischenkreisspannung mit einer Referenzspannung aufweist, wobei falls die Zwischenkreisspannung größer als die Referenzspannung ist, die Schaltung einen Impuls zur Schließung des Verpolschutzes generiert.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei, falls die Schaltung einen Impuls zur Schließung des Verpolschutzes generiert, die Zwischenkreisspannung an einem Kondensator oder einer Spannungsquelle anliegt.
Durch das Zuschalten einer Entlademöglichkeit kann eine elektromotorische Kraft, beispielsweise aufgrund einer Induktivität des Servomotors, abgebaut werden, ohne dass eine Beschädigung von Bauteilen erfolgt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei die erste Maßnahme das Einschalten des Leistungsschalters des Verpolschutzes ist.
Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, eine Schaltung vorzusehen, die eine elektromotorische Kraft eines Servomotors und/oder einer Endstufe einer Lenkung detektiert. Nach Feststellung einer hohen elektromotorischen Kraft, die zu einer Beschädigung eines geöffneten Leistungsschalters führen kann, wird der entsprechende Leistungsschalter geschlossen. Hierdurch kann eine Beschädigung des Leistungsschalters verhindert werden. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass sich die elektromotorische Kraft über eine Spannungsquelle entlädt.
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.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
1 eine Schaltung mit einer Detektionsschaltung einer hohen elektromotorischen Kraft und
2 ein Flussdiagramm mit einem erfindungsgemäßen Verfahren.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt zwei Servomotoren/Elektromotoren 1, 2 einer Lenkung eines Fahrzeugs. Die einzelnen Phasen e1, e2, e3 der Elektromotoren 1, 2 werden jeweils von Halbbrücken 3, 4 angesteuert. Die Halbbrücken eines Elektromotors stellen dessen Endstufe dar. An den Halbbrücken 3, 4 liegen Spannungen V2, V3 an. Werden die Halbbrücken 3, 4 abgeschaltet, beispielsweise wegen einer Störung des betreffenden Servomotors 1, 2 oder einer Brückenschaltung 3, 4, können sich sehr hohe Spannungen V2, V3 aufgrund einer elektromotorischen Kraft ergeben. Diese elektromotorische Kraft kann zu einer Beschädigung des entsprechenden Trennschalters 8, 9 und/oder des Verpolschutzes 7 führen. Insbesondere der Mosfet des Verpolschutzes ist gefährdet, da dessen intrinsic body diode bezüglich einer elektromotorischen Kraft in Sperrrichtung geschaltet ist. Erfindungsgemäß wird eine Schaltung 6 vorgesehen, die die Spannung V2, V3 über den Brückenschaltungen 3, 4 misst, beispielsweise durch einen Vergleich mit einer vorgegebenen Referenzspannung V1. Überschreitet die Spannung V2, V3 die Vergleichsspannung V1 wird dies erkannt und der Verpolschutz 7 wird durchgeschaltet. Auf diese Weise kann sich die elektromotorische Kraft über die Spannungsquelle 5 entladen. Der Verpolschutz 7 und/oder die Trennschalter 8, 9 können als Mosfets ausgebildet sein.
In 1 sind die Trennschalter 8, 9 mit ihren intrinsischen Dioden 13 dargestellt und der Verpolschutz 7 mit seiner intrinsischen Diode 14. Falls sich eine hohe EMK (elektromotorische Kraft) des Elektromotors 1 ergibt, so ist der Trennschalter 8 durch seine Diode 13 in Durchlassrichtung geschaltet. Der Verpolschutz 7 ist jedoch nicht in Flussrichtung geschaltet, da die Diode 14 in Sperrichtung angeordnet ist. Bei einer hohen EMK muss daher durch die Vorrichtung 6 ein Impuls an den Verpolschutz 7 gesendet werden, damit der Verpolschutz 7 durchgeschaltet wird. Andernfalls kann eine zu hohe Spannung an dem Verpolschutz 7 abfallen, die zu seiner Zerstörung führen kann. Nach dem Durchschalten des Verpolschutzes fällt die EMK des Elektromotors 1 über den Trennschalter 8 und über dem Verpolschutz 7 ab, wodurch eine Aufteilung der EMK auf zwei Leistungsschalter erfolgt.
2 zeigt ein Flussdiagramm mit einem Messvorgang, bei dem eine Zwischenkreisspannung einer Halbbrücke bestimmt wird 10. Diese Zwischenkreisspannung wird mit einer Vergleichsspannung verglichen 11. Ergibt sich, dass die Zwischenkreisspannung größer als die Vergleichsspannung ist, wird erfindungsgemäß davon ausgegangen, dass eine hohe elektromotorische Kraft vorliegt, die eine Gefährdung eines entsprechenden Trennschalters und/oder Verpolschutzes darstellt. In diesem Fall kann eine Maßnahme 1 eingeleitet werden, die dazu führt, dass die elektromotorische Kraft begrenzt wird bzw. abgebaut wird bzw. auf mehrere elektronoische Bauteile, insbesondere Mosfets, verteilt wird. Durch die Verteilung der elektromotorischen Kraft kann erreicht werden, dass die Spannungsfestigkeiten der einzelnen Bauteile nicht überschritten wird.
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.
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.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Elektromotor
3: Halbbrücke
4: Halbbrücke
5: Gleichspannungsquelle
6: Vergleichsschaltung
7: Leistungsschalter als Verpolschutz
8: Leistungsschalter als Trennschalter des ersten Elektromotors
9: Leistungsschalter als Trennschalter des ersten Elektromotors
10: Messen einer Zwischenkreisspannung
11: Vergleich der Zwischenkreisspannung mit einer Vergleichsspannung/Referenzspannung
12: Verpolschutz ein
13: intrinsic body diode des Mosfets/Leistungsschalters
14: intrinsic body diode des Mosfets/Leistungsschalters
e1: erste Phase eines Elektromotors
e2: zweite Phase eines Elektromotors
e3: dritte Phase eines Elektromotors
V1: Vergleichsspannung
V2: Zwischenkreisspannung erster Elektromotor
V3: Zwischenkreisspannung zweiter Elektromotor
V4: Spannung über Trennschalter erster Elektromotor
V5: Spannung über Trennschalter zweiter Elektromotor
V6: Spannung über Verpolschutz

Claims

Vorrichtung zur Lenkung eines Fahrzeugs, umfassend: eine Endstufe (3, 4) zur Ansteuerung eines Elektromotors (1, 2), einen Zwischenkreis zur Versorgung der Endstufe (3, 4) mit elektrischer Energie, wobei der Zwischenkreis eine Zwischenkreisspannung (V2, V3) aufweist, einen Trennschalter (8, 9) zur Abkopplung der Endstufe (3, 4) von der Lenkung und einen Verpolschutz (7) zum Verhindern eines verkehrten Anschlusses einer Versorgungsspannung (5) an die Endstufe (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung bei hoher Zwischenkreisspannung (V2, V3) einen Impuls zur Schließung des Verpolschutzes (7) generiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verpolschutz als Mosfet ausgebildet ist und seine intrinsische Bodydiode entgegen der Zwischenkreisspannung (V2, V3) gerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die intrinsische Bodydiode des Trennschalters (8, 9) in Richtung der Zwischenkreisspannung (V2, V3) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, die Vorrichtung eine Schaltung (6) zum Vergleichen der Zwischenkreisspannung (V2, V3) mit einer Referenzspannung (V1) aufweist, wobei falls die Zwischenkreisspannung (V2, V3) größer als die Referenzspannung (V1) ist, die Schaltung (6) einen Impuls zur Schließung des Verpolschutzes (7) generiert.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass falls die Schaltung (6) einen Impuls zur Schließung des Verpolschutzes (7) generiert, die Zwischenkreisspannung (V2, V3) an einem Kondensator oder einer Spannungsquelle (5) anliegt.
Verfahren zur Vermeidung einer Beschädigung eines Verpolschutzes einer Lenkung eines Fahrzeugs umfassend die Schritte: Messen einer Zwischenkreisspannung einer Brückenschaltung eines Servomotors (10), Vergleichen der Zwischenkreisspannung mit einer Vergleichsspannung (11) und falls die Zwischenkreisspannung größer als die Vergleichsspannung ist, Durchführen einer ersten Maßnahme (12).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Maßnahme das Einschalten des Leistungsschalters des Verpolschutzes ist.