DE102018219328B4

DE102018219328B4 - Erkennen eines Drahtbruchfehlers in einem Stromkreis

Info

Publication number: DE102018219328B4
Application number: DE102018219328.2A
Authority: DE
Inventors: Robert Istvan Loerincz; Diego Antongirolami; Göran Schubert
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2018-11-13
Filing date: 2018-11-13
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2038-11-14
Also published as: DE102018219328A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Drahtbruchfehlers in einem Stromkreis, der ein mit einer Pulsweitenmodulation gesteuertes elektronisches Schaltelement (8) aufweist. Ein Steuersignal (S) für das Schaltelement (8) wird innerhalb einer Pulsweitenmodulationstaktperiode zwischen einem Pegelwechselzeitpunkt (t0) und einem ersten Umschaltzeitpunkt (t1) auf einen ersten Steuerwert (Ig1, Vg1'), zwischen dem ersten Umschaltzeitpunkt (t1) und einem zweiten Umschaltzeitpunkt (t2) auf einen zweiten Steuerwert (Ig0, Vg0') und ab dem zweiten Umschaltzeitpunkt (t2) bis zum Erreichen eines Gatespannungsendwertes am Gate (9) des elektronischen Bauelements (8) auf einen dritten Steuerwert (Ig02, Vg02') eingestellt. Die Umschaltzeitpunkte (t1, t2) einer Pulsweitenmodulationstaktperiode werden in Abhängigkeit von einer während einer vorangehenden Pulsweitenmodulationstaktperiode ermittelten Amplitudengröße bestimmt. Auf einen Drahtbruchfehler wird geschlossen, wenn beim Einschalten und beim Abschalten des Schaltelements (8) der erste Umschaltzeitpunkt (t1) die obere Intervallgrenze (t1_max) eines ersten Toleranzintervalls (Δt1) erreicht und der zweite Umschaltzeitpunkt (t2) die untere Intervallgrenze (t2_min) eines zweiten Toleranzintervalls (Δt2) erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Drahtbruchfehlers in einem Stromkreis, der ein elektronisches Schaltelement aufweist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erkennen eines Drahtbruchfehlers in einem Stromkreis, der ein elektronisches Schaltelement und eine induktive Last, beispielsweise eine Spulenwicklung eines bürstenlosen Gleichstrommotors, aufweist.
In Anwendungen leistungsstarker bürstenloser Gleichstrommotoren ist es äußerst wichtig, dass die Steuerungssysteme der Motoren Drahtbruchfehler der Motoren, beispielsweise offene Verbindungen zwischen den Phasenwicklungen oder in der Motorzuleitung, erkennen können.
Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Verfahren bekannt, bei denen Drahtbruchfehler bei abgeschalteten Motoren erkannt werden können. Dabei werden ein Phasenanschluss des Motors mit einer Stromquelle und die anderen Phasenanschlüsse mit Pull-Down-Widerständen verbunden und es werden Spannungen an allen Phasenanschlüssen gemessen. Im fehlerfreien Zustand des Motors sind die Spannungen an allen Phasenanschlüssen gleich, während ein Drahtbruchfehler unterschiedliche Spannungen bewirkt und dadurch erkannt werden kann. Derartige Verfahren können jedoch nicht im laufenden Betrieb des Motors durchgeführt werden.
Alternative Verfahren nutzen aus, dass ein Drahtbruchfehler den Gesamtstromverbrauch eines Motors herabsetzt und daher dadurch erkannt werden kann, dass ein gemessener Stromverbrauch des Motors deutlich kleiner als ein erwarteter Stromverbrauch ist. Solche Verfahren sind jedoch für Motoren ungeeignet, die über einen weiten Lastbereich operieren, da ein Betrieb bei kleiner Last einen Drahtbruchfehler vortäuschen kann. Außerdem bedingen diese Verfahren eine relativ lange Nachweiszeit zum Erkennen eines Drahtbruchfehlers und sind daher nicht für sicherheitsrelevante Anwendungen geeignet, die eine schnelle Reaktion auf Drahtbruchfehler erfordern.
WO 2014/ 173 969 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum mittels eines Pulsweitenmodulationssignals gesteuerten Einschalten oder Abschalten eines elektronischen Bauelements, das zur Ausgabe eines mittels eines Steuersignals steuerbaren Ausgabesignals ausgebildet ist. Das Steuersignal wird innerhalb jeder Pulsweitenmodulationstaktperiode zwischen einem Pegelwechselzeitpunkt und einem ersten Umschaltzeitpunkt auf einen ersten Steuerwert, zwischen dem ersten Umschaltzeitpunkt und einem zweiten Umschaltzeitpunkt auf einen zweiten Steuerwert und ab dem zweiten Umschaltzeitpunkt bis zum Erreichen eines Gatespannungsendwertes am Gate des elektronischen Bauelements auf einen dritten Steuerwert eingestellt. Die beiden Umschaltzeitpunkte einer Pulsweitenmodulationstaktperiode werden in Abhängigkeit von einer während einer vorangehenden Pulsweitenmodulationstaktperiode ermittelten Amplitudengröße derart bestimmt, dass Schwingungsamplituden der Oszillation des Ausgabesignals begrenzt werden.
Weitere Verfahren aus dem Stand der Technik zum Erkennen eines Drahtbruchfehlers in einem Stromkreis sind beispielsweise aus DE 10 2013 220 995 A1 , DE 103 46 307 B3 und JP 2002-359 919 A bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zum Erkennen eines Drahtbruchfehlers in einem Stromkreis anzugeben, der ein elektronisches Schaltelement aufweist. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Steuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Erkennen eines Drahtbruchfehlers in einem Stromkreis, der ein elektronisches Schaltelement aufweist, dessen Einschalten und Abschalten mittels eines Pulsweitenmodulationssignals gesteuert wird und das zur Ausgabe eines mittels eines Steuersignals steuerbaren Ausgabesignals ausgebildet ist. Bei dem Verfahren wird das Einschalten und das Abschalten des elektronischen Schaltelements innerhalb einer Pulsweitenmodulationstaktperiode zu einem Pegelwechselzeitpunkt durch eine Änderung des Pulsweitenmodulationssignals initiiert. Während jeder Taktperiode des Pulsweitenmodulationssignals wird wenigstens eine Amplitudengröße einer Oszillation des Ausgabesignals ermittelt. Für das Einschalten und das Abschalten des elektronischen Schaltelements werden jeweils ein erster Steuerwert, ein zweiter Steuerwert und ein dritter Steuerwert des Steuersignals vorgegeben. Das Steuersignal wird beim Einschalten und Abschalten des elektronischen Schaltelements innerhalb jeder Pulsweitenmodulationstaktperiode zwischen dem Pegelwechselzeitpunkt und einem ersten Umschaltzeitpunkt auf den ersten Steuerwert und zwischen dem ersten Umschaltzeitpunkt und einem zweiten Umschaltzeitpunkt auf den zweiten Steuerwert und ab dem zweiten Umschaltzeitpunkt bis zum Erreichen eines Gatespannungsendwertes einer Gatespannung an einem Steueranschluss des elektronischen Schaltelements auf einen dritten Steuerwert eingestellt. Jeder Umschaltzeitpunkt einer Pulsweitenmodulationstaktperiode wird in Abhängigkeit von einer ihm zugeordneten und während einer vorangehenden Pulsweitenmodulationstaktperiode ermittelten Amplitudengröße derart bestimmt, dass Schwingungsamplituden der Oszillation des Ausgabesignals begrenzt werden. Für das Einschalten und das Abschalten des elektronischen Schaltelements werden ferner jeweils für den ersten Umschaltzeitpunkt ein erstes Toleranzintervall innerhalb einer Pulsweitenmodulationstaktperiode und für den zweiten Umschaltzeitpunkt ein zweites Toleranzintervall innerhalb einer Pulsweitenmodulationstaktperiode vorgegeben. Auf einen Drahtbruchfehler wird geschlossen, wenn sowohl beim Einschalten als auch beim Abschalten des elektronischen Schaltelements der erste Umschaltzeitpunkt die obere Intervallgrenze des ersten Toleranzintervalls erreicht und der zweite Umschaltzeitpunkt die untere Intervallgrenze des zweiten Toleranzintervalls erreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren fußt auf dem aus der WO 2014/173969 A1 bekannten Verfahren zum Einschalten oder Abschalten eines elektronischen Schaltelements. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt aus, dass im Falle eines Drahtbruchfehlers in dem Stromkreis, in dem das elektronische Schaltelement angeordnet ist, keine Schaltvorgänge und somit auch keine Oszillationen des Ausgabesignals des elektronischen Schaltelements auftreten können. Das Fehlen dieser Oszillationen bewirkt Verschiebungen der in dem Verfahren der WO 2014/173969 A1 definierten Umschaltzeitpunkte gegenüber dem fehlerfreien Stromkreis, wobei der erste Umschaltzeitpunkt in Richtung des Pulsweitenmodulationstaktperiodenendes verschoben wird und der zweite Umschaltzeitpunkt in Richtung des Pulsweitenmodulationstaktperiodenbeginns verschoben wird. Durch eine geeignete Wahl der oberen Intervallgrenze des ersten Toleranzintervalls für den ersten Umschaltzeitpunkt und der unteren Intervallgrenze des zweiten Toleranzintervalls für den zweiten Umschaltzeitpunkt (jeweils separat für das Einschalten und das Abschalten des elektronischen Schaltelements) kann daher ein Drahtbruchfehler erkannt werden, wenn beim Einschalten und Abschalten jeweils der erste Umschaltzeitpunkt bis zur oberen Intervallgrenze des ersten Toleranzintervalls und der zweite Umschaltzeitpunkt bis zur unteren Intervallgrenze des zweiten Toleranzintervalls verschoben wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Umschaltzeitpunkt einer Pulsweitenmodulationstaktperiode gegenüber einer vorangehenden Pulsweitenmodulationstaktperiode innerhalb des ersten Toleranzintervalls in Richtung des Pulsweitenmodulationstaktperiodenendes verschoben wird, wenn eine dem ersten Umschaltzeitpunkt zugeordnete und während einer vorangehenden Pulsweitenmodulationstaktperiode ermittelte Amplitudengröße kleiner als ein vorgegebener Amplitudenlimit ist, und in Richtung des Pulsweitenmodulationstaktperiodenbeginns verschoben wird, wenn diese Amplitudengröße größer als das Amplitudenlimit ist.
Eine entsprechende weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der zweite Umschaltzeitpunkt einer Pulsweitenmodulationstaktperiode gegenüber einer vorangehenden Pulsweitenmodulationstaktperiode innerhalb des zweiten Toleranzintervalls in Richtung des Pulsweitenmodulationstaktperiodenbeginns verschoben wird, wenn eine dem zweiten Umschaltzeitpunkt zugeordnete und während einer vorangehenden Pulsweitenmodulationstaktperiode ermittelte Amplitudengröße kleiner als das Amplitudenlimit ist, und in Richtung des Pulsweitenmodulationstaktperiodenendes verschoben wird, wenn diese Amplitudengröße größer als das Amplitudenlimit ist.
Die vorgenannten Ausgestaltungen der Erfindung sehen also vor, die Umschaltzeitpunkte nur innerhalb ihrer jeweiligen Toleranzintervalle zu verschieben. Durch eine geeignete Wahl der Intervallgrenzen der Toleranzintervalle kann dadurch neben dem Erkennen eines Drahtbruchfehlers vorteilhaft erreicht werden, dass ein Einschalten und Abschalten des elektronischen Schaltelements nicht durch einen zu kleinen ersten Umschaltzeitpunkt oder einen zu großen zweiten Umschaltzeitpunkt verhindert wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als Amplitudengröße ein Amplitudenmaximalwert von innerhalb eines Zeitfensters erfassten Schwingungsamplituden der Oszillation des Ausgabesignals ermittelt wird. Eine dazu alternative Ausgestaltung sieht vor, dass als Amplitudengröße ein Integralwert von innerhalb eines Zeitfensters erfassten Absolutwerten der Schwingungssignale der Oszillation des Ausgabesignals ermittelt wird.
Die beiden vorgenannten Ausgestaltungen der Erfindung sehen jeweils eine andere Amplitudengröße vor. Beide Amplitudengrößen eignen sich als ein Maß für die Stärke der Oszillation des Ausgabesignals und ermöglichen somit eine quantitative Auswertung der Oszillation, um die Oszillation wirksam zu reduzieren und zu begrenzen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Umschaltzeitpunkt einer PWM-Taktperiode in Abhängigkeit von einer Amplitudengröße der Oszillation des Ausgabesignals in einem ersten Zeitfenster bestimmt wird, wobei sich das erste Zeitfenster von dem Pegelwechselzeitpunkt bis zu dem zweiten Umschaltzeitpunkt der vorangehenden PWM-Taktperiode erstreckt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht entsprechend vor, dass der zweite Umschaltzeitpunkt einer PWM-Taktperiode in Abhängigkeit von einer Amplitudengröße der Oszillation des Ausgabesignals in einem zweiten Zeitfenster bestimmt wird, wobei sich das zweite Zeitfenster von dem zweiten Umschaltzeitpunkt der vorangehenden PWM-Taktperiode bis zu einem darauf folgenden Pegelwechsel des PWM-Signals oder bis zum Erreichen des Gatespannungsendwertes am Steueranschluss des elektronischen Bauelements erstreckt.
Die beiden vorgenannten Ausgestaltungen der Erfindung ordnen die zu einer Bestimmung eines Umschaltzeitpunktes ausgewerteten Oszillationen dem jeweiligen Umschaltzeitpunkt und damit auch dem zugehörigen Steuerwert zu. Dies ermöglicht vorteilhaft eine feinere Anpassung des Steuersignals an die Oszillation des Ausgabesignals.
Mit dem Steuersignal wird ferner vorzugsweise ein Gatestrom oder eine Gatespannungsänderungsrate eines Steueranschlusses des elektronischen Bauelements gesteuert.
Dadurch lassen sich insbesondere elektronische Bauelemente wie ein MOSFET oder ein IGBT vorteilhaft steuern.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Stromkreis eine induktive Last, beispielsweise eine Spulenwicklung eines bürstenlosen Gleichstrommotors, auf.
Die vorgenannte Ausgestaltung der Erfindung zielt auf die Erkennung von Drahtbruchfehlern im Betrieb einer induktiven Last, insbesondere eines bürstenlosen Gleichstrommotors, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei Drahtbruchfehler in Stromkreisen erkannt werden können, in denen induktive Lasten wie Spulenwicklungen des bürstenlosen Gleichstrommotors und elektronische Schaltelemente, mit denen die Ströme und Spannungen in diesen Stromkreisen gesteuert werden, angeordnet sind.
Eine erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst wenigstens einen Schwingungsdetektor zur Ermittlung einer Amplitudengröße, eine Steuereinheit zur Bestimmung der Umschaltzeitpunkte, Erzeugung des Steuersignals und Prüfung, ob beim Einschalten und beim Abschalten des elektronischen Schaltelements jeweils der erste Umschaltzeitpunkt die obere Intervallgrenze des ersten Toleranzintervalls erreicht und der zweite Umschaltzeitpunkt die untere Intervallgrenze des zweiten Toleranzintervalls erreicht, sowie einen Signalgenerator zu einer dem Steuersignal entsprechenden Steuerung des elektronischen Bauelements.
Eine derartige Steuerungsvorrichtung eignet sich vorteilhaft zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den oben genannten Vorteilen.
Die Steuerungsvorrichtung weist ferner vorzugsweise einen ersten Regelkreis zur Regelung des ersten Umschaltzeitpunktes des Steuersignals in Abhängigkeit von einer Amplitudengröße auf, wobei der erste Regelkreis einen Schwingungsdetektor zur Ermittlung der Amplitudengröße, einen ersten Regler zur Bildung eines ersten Korrekturwertes, der ein Maß für eine Abweichung der Amplitudengröße von einem Amplitudenlimit ist, und eine erste Ausgabeeinheit, die den ersten Umschaltzeitpunkt jeder PWM-Taktperiode in Abhängigkeit von dem ersten Korrekturwert bestimmt und deren Ausgabe sich zu dem ersten Umschaltzeitpunkt zur Erzeugung des Steuersignals ändert, umfasst.
Entsprechend weist die Steuerungsvorrichtung vorzugsweise einen zweiten Regelkreis zur Regelung des zweiten Umschaltzeitpunktes des Steuersignals in Abhängigkeit von einer Amplitudengröße auf, wobei der zweite Regelkreis einen Schwingungsdetektor zur Erfassung der Amplitudengröße, einen zweiten Regler zur Bildung eines zweiten Korrekturwertes, der ein Maß für eine Abweichung der Amplitudengröße von einem Amplitudenlimit ist, und eine zweite Ausgabeeinheit, die den zweiten Umschaltzeitpunkt jeder PWM-Taktperiode in Abhängigkeit von dem zweiten Korrekturwert bestimmt und deren Ausgabe sich zu dem zweiten Umschaltzeitpunkt zur Erzeugung des Steuersignals ändert, umfasst.
Derartige Regelkreise ermöglichen vorteilhaft die oben genannte Regelung des Steuersignals, bei der die Umschaltzeitpunkte der einzelnen PWM-Taktperioden derart verschoben werden, dass ihre Verschiebung einer Oszillation des Ausgangssignals entgegenwirkt und die Oszillation begrenzt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:

1 ein Blockdiagramm einer Motorsteuerungsvorrichtung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor,
2 eine mit einer Spulenwicklung eines bürstenlosen Gleichstrommotors verbundene Halbbrücke mit zwei elektronischen Schaltelementen und Steuerungsvorrichtungen für die elektronischen Schaltelemente,
3 Steuersignale bei einem Einschalten eines elektronischen Schaltelements,
4 ein Blockdiagramm einer Steuerungsvorrichtung für ein elektronisches Schaltelement,
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen eines Drahtbruchfehlers in einem Stromkreis, der ein elektronisches Schaltelement aufweist,

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Motorsteuerungsvorrichtung 100 für einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor 200.
Die Motorsteuerungsvorrichtung 100 umfasst einen Stromrichter 300, der für jede Phase des bürstenlosen Gleichstrommotors 200 eine elektrische Halbbrücke 2.1, 2.2, 2.3 aufweist, in deren beiden Brückenarmen jeweils ein elektronisches Schaltelement 8 angeordnet ist und deren Brückenzweig mit einer Spulenwicklung 6 der jeweiligen Phase des bürstenlosen Gleichstrommotors 200 verbunden ist. Jedes elektronische Schaltelement 8 ist als ein MOSFET (MetallOxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) ausgebildet, kann alternativ aber auch beispielsweise als ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) ausgebildet sein.
Ferner umfasst die Motorsteuerungsvorrichtung 100 eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung 400 zur Ansteuerung der elektronischen Schaltelemente 8. Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung 400 wird von einer programmierbaren Steuereinheit 900 gesteuert und weist für jedes elektronische Schaltelement 8 eine unten näher beschriebene Steuerungsvorrichtung 3 zum Erkennen eines Drahtbruchfehlers in dem Stromkreis auf, in dem das elektronische Schaltelement 8 angeordnet ist.
2 zeigt eine Halbbrücke 2.1 des Stromrichters 300 der in 1 gezeigten Motorsteuerungsvorrichtung 100, die mit der Halbbrücke 2.1 verbundene Spulenwicklung 6 des bürstenlosen Gleichstrommotors 200 und Steuerungsvorrichtungen 3 für die elektronischen Schaltelementen 8 der Halbbrücke 2.1, wobei eine der Steuerungsvorrichtungen 3 in größerem Detail als Blockdiagramm dargestellt ist.
Jedes elektronische Schaltelement 8 ist zur Ausgabe eines mittels eines Steuersignals S steuerbaren Ausgabesignals VDS ausgebildet. Das Steuersignal S steuert einen Gatestrom Ig in einem Gate 9 (Steueranschluss) des elektronischen Schaltelements 8 oder alternativ eine Gatespannungsänderungsrate Vg' (zeitliche Ableitung) einer Gatespannung Vg zwischen Gate 9 und Source bzw. eines Gatepotentials am Gate 9 des elektronischen Schaltelements 8. Das Ausgabesignal VDS ist beispielsweise eine Drain-Source-Spannung oder ein Drain-Source-Strom zwischen Drain und Source des elektronischen Schaltelements 8 oder ein mit der Drain-Source-Spannung und dem Drain-Source-Strom zusammenhängendes Strom- oder Spannungssignal des elektronischen Schaltelements 8. Wenn das elektronische Schaltelement 8 als ein IGBT statt als ein MOSFET ausgebildet ist, ist das Ausgabesignal VDS entsprechend eine Kollektor-Emitter-Spannung oder ein damit zusammenhängendes Strom- oder Spannungssignal des elektronischen Schaltelements 8.
Über die Ausgabesignale VDS der elektronischen Schaltelemente 8 werden ein elektrischer Strom durch die Spulenwicklung 6 und/oder eine an der Spulenwicklung 6 anliegende elektrische Spannung gesteuert. Dazu werden die elektronischen Schaltelemente 8 mittels einer Pulsweitenmodulation (PWM) ein- und abgeschaltet.
Jede Steuerungsvorrichtung 3 weist einen Signalgenerator 10, eine Steuereinheit 12 und wenigstens einen Schwingungsdetektor 14 auf.
Mittels eines Schwingungsdetektors 14 werden Amplitudengrößen von Oszillationen des Ausgabesignals VDS des jeweiligen elektronischen Schaltelements 8 erfasst, wobei eine Amplitudengröße ein Maß für Beträge der Schwingungsamplituden der Oszillationen ist. Der Schwingungsdetektor 14 braucht dabei nicht notwendig direkt mit dem Ausgang des elektronischen Schaltelements 8 verbunden sein, da die durch das Ausgabesignal VDS verursachte Oszillation auch an anderen geeigneten Stellen des Stromkreises abgegriffen werden kann.
Die Steuereinheit 12 bestimmt in Abhängigkeit von den erfassten Amplitudengrößen und einem ihr zugeführten PWM-Signal 16 in unten beschriebener Weise unter Verwendung eines Amplitudenlimits 18 die Steuersignale S, wobei das Amplitudenlimit 18 vorgegeben wird.
Der Signalgenerator 10 steuert das elektronische Schaltelement 8 gemäß dem von der Steuereinheit 12 bestimmten Steuersignal S, d.h. erzeugt an dem Gate 9 des jeweiligen elektronischen Schaltelements 8 den dem Steuersignal S entsprechenden Gatestrom Ig bzw. die dem Steuersignal S entsprechende Gatespannungsänderungsrate Vg'. Im Fall, dass das Steuersignal S den Gatestrom Ig steuert, ist der Signalgenerator 10 als eine spannungsgesteuerte Stromquelle ausgebildet. Im Falle, dass das Steuersignal S die Gatespannungsänderungsrate Vg' steuert, ist der Signalgenerator 10 als eine spannungsgesteuerte Spannungsquelle ausgebildet.
3 zeigt entsprechend zwei Ausführungsvarianten des Einschaltens eines elektronischen Schaltelements 8 mittels einer Steuerungsvorrichtung 3, um die Oszillationen des Ausgabesignals VDS zu reduzieren. Das Einschalten des elektronischen Schaltelements 8 wird zu einem Pegelwechselzeitpunkt t0 durch den Wechsel eines PWM-Signals 16 von einem unteren Pegel zu einem oberen Pegel des PWM-Signals 16 initiiert.
Bei der ersten Ausführungsvariante steuert das Steuersignal S den Gatestrom Ig. Für das Einschalten des elektronischen Schaltelements 8 werden ein erster Steuerwert Ig1, ein zweiter Steuerwert Ig0 und ein dritter Steuerwert Ig2 für den Gatestrom Ig vorgegeben. Nach dem Pegelwechselzeitpunkt t0 wird der Gatestrom Ig zunächst von Null auf den ersten Steuerwert Ig1 gesteuert. Danach wird der Gatestrom Ig bis zu einem ersten Umschaltzeitpunkt t1 auf dem ersten Steuerwert Ig1 gehalten. Zu dem ersten Umschaltzeitpunkt t1 wird der Gatestrom Ig auf den zweiten Steuerwert Ig0 gesteuert. Danach wird der Gatestrom Ig bis zu einem zweiten Umschaltzeitpunkt t2 auf dem zweiten Steuerwert Ig0 gehalten. Zu dem zweiten Umschaltzeitpunkt t2 wird der Gatestrom Ig auf den dritten Steuerwert Ig2 gesteuert. Danach wird der Gatestrom Ig solange auf dem dritten Steuerwert Ig2 gehalten bis die Gatespannung Vg zu einem Endwertzeitpunkt t3 einen Gatespannungsendwert erreicht. Danach fällt der Gatestrom Ig auf Null ab.
Die Steuerwerte Ig1, Ig0, Ig2 werden dabei in Abhängigkeit von den Eigenschaften der schwingungsfähigen Schaltung 1 geeignet vorgegeben, so dass sie eine Reduzierung der Oszillationen des Ausgabesignals VDS ermöglichen. Im in 3 dargestellten Beispiel werden sie beispielsweise so gewählt, dass Ig0 < Ig1 < Ig2 ist.
Bei der zweiten Ausführungsvariante steuert das Steuersignal S die Gatespannungsänderungsrate Vg'. Analog zur ersten Ausführungsvariante werden ein erster Steuerwert Vg1', ein zweiter Steuerwert Vg0' und ein dritter Steuerwert Vg2' der Gatespannungsänderungsrate Vg' vorgegeben. Diese drei Steuerwerte Vg1', Vg0', Vg2' werden analog zu den Steuerwerten Ig1, Ig0, Ig2 der ersten Ausführungsvariante zur Ansteuerung des elektronisches Schaltelements 8 verwendet, d.h. die Gatespannung Vg wird zwischen dem Pegelwechselzeitpunkt t0 und einem ersten Umschaltzeitpunkt t1 mit dem ersten Steuerwert Vg1', zwischen dem ersten Umschaltzeitpunkt t1 und einem zweiten Umschaltzeitpunkt t2 mit dem zweiten Steuerwert Vg0' und von dem zweiten Umschaltzeitpunkt t2 bis zum Erreichen eines Gatespannungsendwertes mit dem dritten Steuerwert Vg2' geändert.
Die Umschaltzeitpunkte t1, t2 werden in beiden Ausführungsvarianten mittels der Steuerungsvorrichtung 3 in Abhängigkeit von der erfassten Amplitudengröße derart bestimmt, dass die Schwingungsamplituden des Ausgabesignals VDS begrenzt werden. Dabei werden zur Bestimmung des ersten Umschaltzeitpunktes t1 die Schwingungsamplituden während eines ersten Zeitfensters Δ1, das sich von dem Pegelwechselzeitpunkt t0 bis zum zweiten Umschaltzeitpunkt t2 erstreckt, und zur Bestimmung des zweiten Umschaltzeitpunktes t2 die Schwingungsamplituden während eines zweiten Zeitfensters Δ2, das sich von dem zweiten Umschaltzeitpunkt t2 bis zum Endwertzeitpunkt t3 erstreckt, in unten näher beschriebener Weise zu jeweils einer Amplitudengröße ausgewertet. Die jeweiligen Amplitudengrößen werden während jeder PWM-Taktperiode erfasst und zur Bestimmung der Umschaltzeitpunkte t1, t2 einer darauf folgenden PWM-Taktperiode in unten näher beschriebener Weise verwendet, um die Schwingungsamplituden zu begrenzen.
Für die Umschaltzeitpunkte t1, t2 werden ferner zwei Toleranzintervalle Δt1, Δt2 innerhalb einer Pulsweitenmodulationstaktperiode vorgegeben und die Umschaltzeitpunkte t1, t2 werden derart bestimmt, dass der erste Umschaltzeitpunkt t1 innerhalb eines ersten Toleranzintervalls Δt2 verbleibt und der zweite Umschaltzeitpunkt t2 innerhalb des zweiten Toleranzintervalls Δt2 verbleibt. Die Toleranzintervalle Δt1, Δt2 werden derart vorgegeben, dass ein Einschalten des elektronischen Schaltelements 8 nicht durch einen zu kleinen ersten Umschaltzeitpunkt t1 oder einen zu großen zweiten Umschaltzeitpunkt t2 verhindert wird, und dass die obere Intervallgrenze t1_max des ersten Toleranzintervalls Δt1 und die untere Intervallgrenze t2 min des zweiten Toleranzintervalls Δt2 das Erkennen eines Drahtbruchfehlers in dem Stromkreis ermöglichen, in dem das elektronische Schaltelement 8 angeordnet ist.
Beim (nicht dargestellten) Abschalten eines elektronischen Schaltelements 8 wird entsprechend verfahren. Dazu werden ebenfalls drei Steuerwerte Ig1, Ig0, Ig2 bzw. Vg1', Vg0', Vg2', die sich von denjenigen des Einschaltens unterscheiden können, vorgegeben. Das elektronische Schaltelement 8 wird zwischen einem Pegelwechselzeitpunkt t0, zu dem das PWM-Signal 16 von dem oberen zu dem unteren Pegel wechselt, bis zu einem ersten Umschaltzeitpunkt t1 mit dem jeweiligen ersten Steuerwert Ig1, Vg1', zwischen dem ersten Umschaltzeitpunkt t1 und einem zweiten Umschaltzeitpunkt t2 mit dem zweiten Steuerwert Ig0, Vg0' und von dem zweiten Umschaltzeitpunkt t2 bis zum Erreichen eines Gatespannungsendwertes mit dem dritten Steuerwert Ig2, Vg2' gesteuert. Die Umschaltzeitpunkte t1, t2 werden analog zum Einschalten in Abhängigkeit von den erfassten Amplitudengrößen derart bestimmt, dass die Schwingungsamplituden beim Abschalten begrenzt werden, und analog zum Einschalten durch geeignet vorgegebene Toleranzintervalle Δt1, Δt2 für das Abschalten beschränkt, so dass das Abschalten des elektronischen Schaltelements 8 nicht durch einen zu kleinen ersten Umschaltzeitpunkt t1 oder einen zu großen zweiten Umschaltzeitpunkt t2 verhindert wird, und die obere Intervallgrenze t1_max des ersten Toleranzintervalls Δt1 für den ersten Umschaltzeitpunkt t1 und die untere Intervallgrenze t2 min eines zweiten Toleranzintervalls Δt2 für den zweiten Umschaltzeitpunkt t2 das Erkennen eines Drahtbruchfehlers in dem Stromkreis ermöglichen, in dem das elektronische Schaltelement 8 angeordnet ist.
4 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Steuerungsvorrichtung 3 für den Fall, dass das Steuersignal S den Gatestrom Ig steuert. Die Steuerungsvorrichtung 3 des dargestellten Ausführungsbeispiels umfasst zwei Regelkreise 20.1, 20.2, wobei ein erster Regelkreis 20.1 der Regelung des ersten Umschaltzeitpunktes t1 dient und der zweite Regelkreis 20.2 der Regelung des zweiten Umschaltzeitpunktes t2 (jeweils beim Einschalten und beim Abschalten des elektronischen Schaltelements 8) dient.
In einer ersten Ausführung weist jeder Regelkreis 20.1, 20.2 einen separaten Schwingungsdetektor 14 auf. In einer zweiten Ausführung verwenden beide Regelkreise 20.1, 20.2 denselben Schwingungsdetektor 14. Wenn jeder Regelkreis 20.1, 20.2 einen separaten Schwingungsdetektor 14 aufweist, können beide Regelkreise 20.1, 20.2 gleichzeitig verwendet werden. Andernfalls werden sie nacheinander verwendet. Mittels des ersten Regelkreises 20.1 werden die Schwingungsamplituden in dem in 3 dargestellten ersten Zeitfenster Δ1 ausgewertet, mittels des zweiten Regelkreises 20.2 werden die Schwingungsamplituden in dem zweiten Zeitfenster Δ2 ausgewertet.
In dem ersten Regelkreis 20.1 wird die in dem ersten Zeitfenster Δ1 erfasste Amplitudengröße mit dem Amplitudenlimit 18 verglichen. Wenn diese Amplitudengröße größer als das Amplitudenlimit 18 ist, wird der erste Umschaltzeitpunkt t1 gegenüber einer vorangehenden PWM-Taktperiode innerhalb des ersten Toleranzintervalls Δt1 in Richtung des PWM-Taktperiodenbeginns verschoben, sofern der erste Umschaltzeitpunkt t1 in der vorangehenden PWM-Taktperiode nicht mit der unteren Intervallgrenze des ersten Toleranzintervalls Δt1 übereinstimmte. Wenn diese Amplitudengröße kleiner als das Amplitudenlimit 18 ist, wird der erste Umschaltzeitpunkt t1 gegenüber einer vorangehenden PWM-Taktperiode innerhalb des ersten Toleranzintervalls Δt1 in Richtung des PWM-Taktperiodenendes verschoben, sofern der erste Umschaltzeitpunkt t1 in der vorangehenden PWM-Taktperiode nicht mit der oberen Intervallgrenze t1_max des ersten Toleranzintervalls Δt1 übereinstimmte.
In dem zweiten Regelkreis 20.2 wird in entsprechender Weise die in dem zweiten Zeitfenster Δ2 erfasste Amplitudengröße mit dem Amplitudenlimit 18 verglichen. Wenn diese Amplitudengröße größer als das Amplitudenlimit 18 ist, wird der zweite Umschaltzeitpunkt t2 gegenüber einer vorangehenden PWM-Taktperiode innerhalb des zweiten Toleranzintervalls Δt2 in Richtung des PWM-Taktperiodenendes verschoben, sofern der zweite Umschaltzeitpunkt t2 in der vorangehenden PWM-Taktperiode nicht mit der oberen Intervallgrenze des zweiten Toleranzintervalls Δt2 übereinstimmte. Wenn diese Amplitudengröße kleiner als das Amplitudenlimit 18 ist, wird der zweite Umschaltzeitpunkt t2 gegenüber einer vorangehenden PWM-Taktperiode innerhalb des zweiten Toleranzintervalls Δt2 in Richtung des PWM-Taktperiodenbeginns verschoben, sofern der zweite Umschaltzeitpunkt t2 in der vorangehenden PWM-Taktperiode nicht mit der unteren Intervallgrenze t2 min des zweiten Toleranzintervalls Δt2 übereinstimmte.
Der erste Regelkreis 20.1 weist einen Schwingungsdetektor 14, einen ersten Regler 22.1 und eine erste Ausgabeeinheit 26.1 auf. Der zweite Regelkreis 20.2 weist ebenfalls einen Schwingungsdetektor 14, einen zweiten Regler 22.2 und eine zweite Ausgabeeinheit 26.2 auf. Wie bereits oben ausgeführt wurde, können die beiden Regelkreise 20.1, 20.2 einen gemeinsamen Schwingungsdetektor 14 oder zwei separate Schwingungsdetektoren 14 aufweisen. Beide Regelkreise 20.1, 20.2 sind ferner an einen Zeitgeber 24 gekoppelt, der mit dem PWM-Signal 16 synchronisiert ist.
Im Detail werden im ersten Regelkreis 20.1 die Differenzen der in ersten Zeitfenstern Δ1 erfassten Amplitudengrößen und des Amplitudenlimits 18 dem ersten Regler 22.1 zugeführt. Der erste Regler 22.1 bildet aus diesen Differenzen für jede PWM-Taktperiode einen ersten Korrekturwert K1, der ein Maß für ein Abweichen der Amplitudengröße von dem Amplitudenlimit 18 ist und durch einen ersten Höchstwert M1 beschränkt wird. Der erste Korrekturwert K1 ist dabei umso größer je größer die Abweichung der Amplitudengröße von dem Amplitudenlimit 18 ist, solange K1°<°M1 erfüllt ist. Beispielsweise wird der erste Korrekturwert K1 des ersten Reglers 22.1 als Differenz aus dem Amplitudenlimit 18 und einem Amplitudenmaximalwert im ersten Zeitfenster Δ1 oder alternativ dem Integral über der Zeit des ersten Zeitfensters Δ1 gebildet.
Aus dem ersten Korrekturwert K1 und einem vorgegebenen ersten Defaultumschaltwert t1_default für den ersten Umschaltzeitpunkt t1 wird ein erster Umschaltwert t1_th gebildet, indem der erste Korrekturwert K1 von dem Defaultumschaltwert t1_default subtrahiert wird. Die Umschaltzeitpunkte t1 und Umschaltwerte t1_th werden einander beispielsweise mittels einer vorgegebenen Zuordnungsfunktion zugeordnet, wobei die Zuordnungsfunktion insbesondere den ersten Umschaltzeitpunkt t1 auf das erste Toleranzintervall Δt1 begrenzt.
Der erste Umschaltwert t1_th wird zur Einstellung des ersten Umschaltzeitpunktes t1 der jeweils folgenden PWM-Taktperiode verwendet. Dazu werden der erste Umschaltwert t1_th und ein Ausgangssignal des Zeitgebers 24 der ersten Ausgabeeinheit 26.1 zugeführt.
Mittels der Zuordnungsfunktion wird der erste Umschaltwert t1_th in den ersten Umschaltzeitpunkt t1 übersetzt. Solange für eine Zeit t, die seit dem Pegelwechselzeitpunkt t0 der folgenden PWM-Taktperiode verstrichen ist, t < t1 gilt, gibt die erste Ausgabeeinheit 26.1 während der folgenden PWM-Taktperiode an einen ersten Addierer 28.1 die Differenz Ig1-Ig0 des ersten Steuerwertes Ig1 und des zweiten Steuerwertes Ig0 aus. Wenn t > t1 gilt, gibt die erste Ausgabeeinheit 26.1 an den ersten Addierer 28.1 den Wert Null aus. Der erste Addierer 28.1 addiert zu der Ausgabe der ersten Ausgabeeinheit 26.1 die Hälfte des zweiten Steuerwerts Ig0.
In dem zweiten Regelkreis 20.2 werden in entsprechender Weise die Differenzen der in zweiten Zeitfenstern Δ2 erfassten Amplitudengrößen und des Amplitudenlimits 18 einem zweiten Regler 22.2 zugeführt, der daraus einen zweiten Korrekturwert K2 bildet. Aus dem zweiten Korrekturwert K2 und einem vorgegebenen zweiten Defaultumschaltwert t2_default für den zweiten Umschaltzeitpunkt t2 wird ein zweiter Umschaltwert t2 th gebildet, indem der zweite Defaultumschaltwert t2_default von dem zweiten Korrekturwert K2 subtrahiert wird.
Der zweite Umschaltwert t2 th wird zur Einstellung des zweiten Umschaltzeitpunktes t2 der folgenden PWM-Taktperiode zusammen mit dem Ausgangssignal des Zeitgebers 24 einer zweiten Ausgabeeinheit 26.2 zugeführt und mittels der Zuordnungsfunktion in den zweiten Umschaltzeitpunkt t2 übersetzt. Solange t < t2 gilt, gibt die zweite Ausgabeeinheit 26.2 während der folgenden PWM-Taktperiode an einen zweiten Addierer 28.2 den Wert Null aus. Wenn t > t2 gilt, gibt die zweite Ausgabeeinheit 26.2 den Wert Ig2-Ig0 an den zweiten Addierer 28.2 aus. Der zweite Addierer 28.2 addiert zu der Ausgabe der zweiten Ausgabeeinheit 26.2 die Hälfte des zweiten Steuerwerts Ig0.
Die Ausgaben des ersten Addierers 28.1 und des zweiten Addierers 28.2 werden einem dritten Addierer 28.3 zugeführt und von diesem zu dem Steuersignal S addiert, das dem Signalgenerator 10 zugeführt wird. Das Steuersignal S ergibt sich für t < t1 zu dem ersten Steuerwert Ig1, für t1 < t < t2 zu dem zweiten Steuerwert Ig0 und für t > t2 zu dem dritten Steuerwert Ig2. Der Signalgenerator 10 stellt den Gatestrom Ig für t0 < t < t3 diesen Steuerwerten Ig1, Ig0, Ig2 entsprechend ein.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen eines Drahtbruchfehlers in einem Stromkreis, der ein elektronisches Schaltelement 8 aufweist.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird das Verfahren initialisiert.
In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird beim Einschalten des elektronischen Schaltelements 8 geprüft, ob die in einem ersten Zeitfenster Δ1 einer vorangehenden PWM-Taktperiode für das Einschalten erfasste Amplitudengröße kleiner als das Amplitudenlimit 18 ist. Wenn diese Amplitudengröße nicht kleiner als das Amplitudenlimit 18 ist, wird das Verfahren mit einem dritten Verfahrensschritt S3 fortgesetzt. Andernfalls wird das Verfahren mit einem vierten Verfahrensschritt S4 fortgesetzt.
In dem dritten Verfahrensschritt S3 wird festgestellt, dass kein Drahtbruchfehler vorliegt. Nach dem dritten Verfahrensschritt S3 wird das Verfahren beendet.
In dem vierten Verfahrensschritt S4 wird der erste Umschaltzeitpunkt t1 mit dem ersten Regelkreis 20.1 gegenüber einer vorangehenden PWM-Taktperiode für das Einschalten innerhalb des ersten Toleranzintervalls Δt1 für das Einschalten in Richtung des PWM-Taktperiodenendes verschoben, sofern der erste Umschaltzeitpunkt t1 in der vorangehenden PWM-Taktperiode nicht mit der oberen Intervallgrenze t1_max des ersten Toleranzintervalls Δt1 für das Einschalten übereinstimmte. Nach dem vierten Verfahrensschritt S4 wird ein fünfter Verfahrensschritt S5 ausgeführt.
In dem fünften Verfahrensschritt S5 wird geprüft, ob der erste Umschaltzeitpunkt t1 mit der oberen Intervallgrenze t1_max des ersten Toleranzintervalls Δt1 für das Einschalten übereinstimmt. Wenn der erste Umschaltzeitpunkt t1 nicht mit der oberen Intervallgrenze t1_max des ersten Toleranzintervalls Δt1 für das Einschalten übereinstimmt, wird der dritte Verfahrensschritt S3 ausgeführt.
In einem sechsten Verfahrensschritt S6 wird beim Einschalten des elektronischen Schaltelements 8 geprüft, ob die in einem zweiten Zeitfenster Δ2 einer vorangehenden PWM-Taktperiode für das Einschalten erfasste Amplitudengröße kleiner als das Amplitudenlimit 18 ist. Wenn diese Amplitudengröße nicht kleiner als das Amplitudenlimit 18 ist, wird das Verfahren mit dem dritten Verfahrensschritt S3 fortgesetzt. Andernfalls wird das Verfahren mit einem siebten Verfahrensschritt S7 fortgesetzt.
In dem siebten Verfahrensschritt S7 wird der zweite Umschaltzeitpunkt t2 mit dem zweiten Regelkreis 20.2 gegenüber einer vorangehenden PWM-Taktperiode für das Einschalten innerhalb des zweiten Toleranzintervalls Δt2 in Richtung des PWM-Taktperiodenbeginns verschoben, sofern der zweite Umschaltzeitpunkt t2 in der vorangehenden PWM-Taktperiode nicht mit der unteren Intervallgrenze t2_min des zweiten Toleranzintervalls Δt2 für das Einschalten übereinstimmte. Nach dem siebten Verfahrensschritt S7 wird ein achter Verfahrensschritt S8 ausgeführt.
In dem achten Verfahrensschritt S8 wird geprüft, ob der zweite Umschaltzeitpunkt t2 mit der unteren Intervallgrenze t2 min des zweiten Toleranzintervalls Δt2 für das Einschalten übereinstimmt. Wenn der zweite Umschaltzeitpunkt t2 nicht mit der unteren Intervallgrenze t2 min des zweiten Toleranzintervalls Δt2 für das Einschalten übereinstimmt, wird der dritte Verfahrensschritt S3 ausgeführt.
In einem neunten Verfahrensschritt S9 wird beim Abschalten des elektronischen Schaltelements 8 geprüft, ob die in einem in ersten Zeitfenster Δ1 einer vorangehenden PWM-Taktperiode für das Abschalten erfasste Amplitudengröße kleiner als das Amplitudenlimit 18 ist. Wenn diese Amplitudengröße nicht kleiner als das Amplitudenlimit 18 ist, wird das Verfahren mit dem dritten Verfahrensschritt S3 fortgesetzt. Andernfalls wird das Verfahren mit einem zehnten Verfahrensschritt S10 fortgesetzt.
In dem zehnten Verfahrensschritt S10 wird der erste Umschaltzeitpunkt t1 mit dem ersten Regelkreis 20.1 gegenüber der vorangehenden PWM-Taktperiode für das Abschalten innerhalb des ersten Toleranzintervalls Δt1 für das Abschalten in Richtung des PWM-Taktperiodenendes verschoben, sofern der erste Umschaltzeitpunkt t1 in der vorangehenden PWM-Taktperiode für das Abschalten nicht mit der oberen Intervallgrenze t1_max des ersten Toleranzintervalls Δt1 für das Abschalten übereinstimmte. Nach dem zehnten Verfahrensschritt S10 wird ein elfter Verfahrensschritt S11 ausgeführt.
In dem elften Verfahrensschritt S11 wird geprüft, ob der erste Umschaltzeitpunkt t1 mit der oberen Intervallgrenze t1_max des ersten Toleranzintervalls Δt1 für das Abschalten übereinstimmt. Wenn der erste Umschaltzeitpunkt t1 nicht mit der oberen Intervallgrenze t1_max des ersten Toleranzintervalls Δt1 für das Abschalten übereinstimmt, wird der dritte Verfahrensschritt S3 ausgeführt.
In einem zwölften Verfahrensschritt S12 wird beim Abschalten des elektronischen Schaltelements 8 geprüft, ob die in einem zweiten Zeitfenster Δ2 einer vorangehenden PWM-Taktperiode für das Abschalten erfasste Amplitudengröße kleiner als das Amplitudenlimit 18 ist. Wenn diese Amplitudengröße nicht kleiner als das Amplitudenlimit 18 ist, wird das Verfahren mit dem dritten Verfahrensschritt S3 fortgesetzt. Andernfalls wird das Verfahren mit einem dreizehnten Verfahrensschritt S13 fortgesetzt.
In dem dreizehnten Verfahrensschritt S13 wird der zweite Umschaltzeitpunkt t2 mit dem zweiten Regelkreis 20.2 gegenüber einer vorangehenden PWM-Taktperiode für das Abschalten innerhalb des zweiten Toleranzintervalls Δt2 für das Abschalten in Richtung des PWM-Taktperiodenbeginns verschoben, sofern der zweite Umschaltzeitpunkt t2 in der vorangehenden PWM-Taktperiode nicht mit der unteren Intervallgrenze t2_min des zweiten Toleranzintervalls Δt2 für das Abschalten übereinstimmte. Nach dem dreizehnten Verfahrensschritt S13 wird ein vierzehnter Verfahrensschritt S14 ausgeführt.
In dem vierzehnten Verfahrensschritt S14 wird geprüft, ob der zweite Umschaltzeitpunkt t2 mit der unteren Intervallgrenze t2 min des zweiten Toleranzintervalls Δt2 für das Abschalten übereinstimmt. Wenn der zweite Umschaltzeitpunkt t2 nicht mit der unteren Intervallgrenze t2 min des zweiten Toleranzintervalls Δt2 für das Abschalten übereinstimmt, wird der dritte Verfahrensschritt S3 ausgeführt.
Ein fünfzehnter Verfahrensschritt S15 wird nach den Verfahrensschritten S5, S8, S11 und S14 ausgeführt. In dem fünfzehnten Verfahrensschritt S15 wird auf einen Drahtbruchfehler geschlossen, wenn im fünften Verfahrensschritt S5 der erste Umschaltzeitpunkt t1 mit der oberen Intervallgrenze t1_max des ersten Toleranzintervalls Δt1 für das Einschalten übereinstimmt, im achten Verfahrensschritt S8 der zweite Umschaltzeitpunkt t2 mit der unteren Intervallgrenze t2 min des zweiten Toleranzintervalls Δt2 für das Einschalten übereinstimmt, im elften Verfahrensschritt S11 der erste Umschaltzeitpunkt t1 mit der oberen Intervallgrenze t1_max des ersten Toleranzintervalls Δt1 für das Abschalten übereinstimmt und im vierzehnten Verfahrensschritt S14 der zweite Umschaltzeitpunkt t2 mit der unteren Intervallgrenze t2_min des zweiten Toleranzintervalls Δt2 für das Abschalten übereinstimmt.
Bezugszeichenliste

2.1, 2.2, 2.3: Halbbrücke
3: Steuerungsvorrichtung
6: Spulenwicklung
8: elektronisches Schaltelement
9: Steueranschluss (Gate)
10: Signalgenerator
12: Steuereinheit
14: Schwingungsdetektor
16: Pulsweitenmodulationssignal
18: Amplitudenlimit
20.1, 20.2: Regelkreis
22.1, 22.2: Regler
24: Zeitgeber
26.1, 26.2: Ausgabeeinheit
28.1, 28.2, 28.3: Addierer
100: Motorsteuerungsvorrichtung
200: bürstenloser Gleichstrommotor
300: Stromrichter
400: anwendungsspezifische integrierte Schaltung
900: programmierbare Steuereinheit
Δ1, Δ2: Zeitfenster
Δt1, Δt2: Toleranzintervall
I: Strom
Ig: Gatestrom
Ig1, Ig0, Ig2: Steuerwert des Gatestroms
K1, K2: Korrekturwert
S: Steuersignal
S1 bis S15: Verfahrensschritt
t: Zeit
t0: Pegelwechselzeitpunkt
t1, t2: Umschaltzeitpunkt
t3: Endwertzeitpunkt
t1_default, t2: _default Defaultumschaltwert
t1_th, t2_th: Umschaltwert
t1_max, t2_min: Intervallgrenze
U: Spannung
U': Spannungsänderungsrate
VDS: Ausgabesignal
Vg: Gatespannung
Vg': Gatespannungsänderungsrate
Vg1', Vg0', Vg2': Steuerwert der Gatespannungsänderungsrate

Claims

Verfahren zum Erkennen eines Drahtbruchfehlers in einem Stromkreis, der ein elektronisches Schaltelement (8) aufweist, dessen Einschalten und Abschalten mittels eines Pulsweitenmodulationssignals (16) gesteuert wird und das zur Ausgabe eines mittels eines Steuersignals (S) steuerbaren Ausgabesignals (VDS) ausgebildet ist, wobei - das Einschalten und das Abschalten des elektronischen Schaltelements (8) innerhalb einer Pulsweitenmodulationstaktperiode zu einem Pegelwechselzeitpunkt (t0) durch eine Änderung des Pulsweitenmodulationssignals (16) initiiert wird, - während jeder Pulsweitenmodulationstaktperiode wenigstens eine Amplitudengröße einer Oszillation des Ausgabesignals (VDS) ermittelt wird, - für das Einschalten und das Abschalten des elektronischen Schaltelements (8) jeweils ein erster Steuerwert (Ig1, Vg1'), ein zweiter Steuerwert (Ig0, Vg0') und ein dritter Steuerwert (Ig2, Vg2') des Steuersignals (S) vorgegeben werden, - das Steuersignal (S) beim Einschalten und Abschalten des elektronischen Schaltelements (8) innerhalb jeder Pulsweitenmodulationstaktperiode zwischen dem Pegelwechselzeitpunkt (t0) und einem ersten Umschaltzeitpunkt (t1) auf den ersten Steuerwert (Ig1, Vg1') und zwischen dem ersten Umschaltzeitpunkt (t1) und einem zweiten Umschaltzeitpunkt (t2) auf den zweiten Steuerwert (Ig0, Vg0') und ab dem zweiten Umschaltzeitpunkt (t2) bis zum Erreichen eines Gatespannungsendwertes einer Gatespannung (Vg) an einem Steueranschluss (9) des elektronischen Schaltelements (8) auf einen dritten Steuerwert (Ig2, Vg2') eingestellt wird, - wobei jeder Umschaltzeitpunkt (t1, t2) einer Pulsweitenmodulationstaktperiode in Abhängigkeit von einer ihm zugeordneten und während einer vorangehenden Pulsweitenmodulationstaktperiode ermittelten Amplitudengröße derart bestimmt wird, dass Schwingungsamplituden der Oszillation des Ausgabesignals (VDS) begrenzt werden, - für das Einschalten und das Abschalten des elektronischen Schaltelements (8) jeweils für den ersten Umschaltzeitpunkt (t1) ein erstes Toleranzintervall (Δt1) innerhalb einer Pulsweitenmodulationstaktperiode und für den zweiten Umschaltzeitpunkt (t2) ein zweites Toleranzintervall (Δt2) innerhalb einer Pulsweitenmodulationstaktperiode vorgegeben werden, und - auf einen Drahtbruchfehler geschlossen wird, wenn sowohl beim Einschalten als auch beim Abschalten des elektronischen Schaltelements (8) der erste Umschaltzeitpunkt (t1) die obere Intervallgrenze (t1_max) des ersten Toleranzintervalls (Δt1) erreicht und der zweite Umschaltzeitpunkt (t2) die untere Intervallgrenze (t2 min) des zweiten Toleranzintervalls (Δt2) erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Umschaltzeitpunkt (t1) einer Pulsweitenmodulationstaktperiode gegenüber einer vorangehenden Pulsweitenmodulationstaktperiode innerhalb des ersten Toleranzintervalls (Δt1) in Richtung des Pulsweitenmodulationstaktperiodenendes verschoben wird, wenn eine dem ersten Umschaltzeitpunkt (t1) zugeordnete und während einer vorangehenden Pulsweitenmodulationstaktperiode ermittelte Amplitudengröße kleiner als ein vorgegebener Amplitudenlimit (18) ist, und in Richtung des Pulsweitenmodulationstaktperiodenbeginns verschoben wird, wenn diese Amplitudengröße größer als das Amplitudenlimit (18) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Umschaltzeitpunkt (t2) einer Pulsweitenmodulationstaktperiode gegenüber einer vorangehenden Pulsweitenmodulationstaktperiode innerhalb des zweiten Toleranzintervalls (Δt2) in Richtung des Pulsweitenmodulationstaktperiodenbeginns verschoben wird, wenn eine dem zweiten Umschaltzeitpunkt (t2) zugeordnete und während einer vorangehenden Pulsweitenmodulationstaktperiode ermittelte Amplitudengröße kleiner als das Amplitudenlimit (18) ist, und in Richtung des Pulsweitenmodulationstaktperiodenendes verschoben wird, wenn diese Amplitudengröße größer als das Amplitudenlimit (18) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Amplitudengröße ein Amplitudenmaximalwert von innerhalb eines Zeitfensters (Δ1, Δ2) erfassten Schwingungsamplituden der Oszillation des Ausgabesignals (VDS) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei als Amplitudengröße ein Integralwert von innerhalb eines Zeitfensters (Δ1, Δ2) erfassten Absolutwerten von Schwingungssignalen der Oszillation des Ausgabesignals (VDS) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Umschaltzeitpunkt (t1) einer Pulsweitenmodulationstaktperiode in Abhängigkeit von einer Amplitudengröße der Oszillation des Ausgabesignals (VDS) in einem ersten Zeitfenster (Δ1) bestimmt wird, wobei sich das erste Zeitfenster (Δ1) von dem Pegelwechselzeitpunkt (t0) bis zu dem zweiten Umschaltzeitpunkt (t2) der vorangehenden Pulsweitenmodulationstaktperiode erstreckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Umschaltzeitpunkt (t2) einer Pulsweitenmodulationstaktperiode in Abhängigkeit von einer Amplitudengröße der Oszillation des Ausgabesignals (VDS) in einem zweiten Zeitfenster (Δ2) bestimmt wird, wobei sich das zweite Zeitfenster (Δ2) von dem zweiten Umschaltzeitpunkt (t2) der vorangehenden Pulsweitenmodulationstaktperiode bis zu einem darauf folgenden Pegelwechsel des Pulsweitenmodulationssignals (16) erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der zweite Umschaltzeitpunkt (t2) einer Pulsweitenmodulationstaktperiode in Abhängigkeit von einer Amplitudengröße der Oszillation des Ausgabesignals (VDS) in einem zweiten Zeitfenster (Δ2) bestimmt wird, wobei sich das zweite Zeitfenster (Δ2) von dem zweiten Umschaltzeitpunkt (t2) der vorangehenden Pulsweitenmodulationstaktperiode bis zum Erreichen des Gatespannungsendwertes der Gatespannung (Vg) am Steueranschluss (9) des elektronischen Schaltelements (8) erstreckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit dem Steuersignal (S) ein Gatestrom (Ig) oder eine Gatespannungsänderungsrate (Vg') eines Steueranschlusses (9) des elektronischen Schaltelements (8) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stromkreis eine induktive Last, beispielsweise eine Spulenwicklung (6) eines bürstenlosen Gleichstrommotors (200), aufweist.
Steuerungsvorrichtung (3) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens einen Schwingungsdetektor (14) zur Ermittlung einer Amplitudengröße, eine Steuereinheit (12) zur Bestimmung der Umschaltzeitpunkte (t1, t2), Erzeugung des Steuersignals (S) und Prüfung, ob beim Einschalten und beim Abschalten des elektronischen Schaltelements (8) jeweils der erste Umschaltzeitpunkt (t1) die obere Intervallgrenze (t1_max) des ersten Toleranzintervalls (Δt1) erreicht und der zweite Umschaltzeitpunkt (t2) die untere Intervallgrenze (t2_min) des zweiten Toleranzintervalls (Δt2) erreicht, und einen Signalgenerator (10) zu einer dem Steuersignal (S) entsprechenden Steuerung des elektronischen Schaltelements (8).
Steuerungsvorrichtung (3) nach Anspruch 11 mit einem ersten Regelkreis (20.1) zur Regelung des ersten Umschaltzeitpunktes (t1) und des Steuersignals (S) in Abhängigkeit von einer Amplitudengröße, wobei der erste Regelkreis (20.1) einen Schwingungsdetektor (14) zur Ermittlung der Amplitudengröße, einen ersten Regler (22.1) zur Bildung eines ersten Korrekturwertes (K1), der ein Maß für eine Abweichung der Amplitudengröße von einem Amplitudenlimit (18) ist, und eine erste Ausgabeeinheit (26.1), die den ersten Umschaltzeitpunkt (t1) jeder Pulsweitenmodulationstaktperiode in Abhängigkeit von dem ersten Korrekturwert (K1) bestimmt und deren Ausgabe sich zu dem ersten Umschaltzeitpunkt (t1) zur Erzeugung des Steuersignals (S) ändert, aufweist.
Steuerungsvorrichtung (3) nach Anspruch 11 oder 12 mit einem zweiten Regelkreis (20.2) zur Regelung des zweiten Umschaltzeitpunktes (t2) und des Steuersignals (S) in Abhängigkeit von einer Amplitudengröße, wobei der zweite Regelkreis (20.2) einen Schwingungsdetektor (14) zur Ermittlung der Amplitudengröße, einen zweiten Regler (22.2) zur Bildung eines zweiten Korrekturwertes (K2), der ein Maß für eine Abweichung der Amplitudengröße von einem Amplitudenlimit (18) ist, und eine zweite Ausgabeeinheit (26.2), die den zweiten Umschaltzeitpunkt (t2) jeder Pulsweitenmodulationstaktperiode in Abhängigkeit von dem zweiten Korrekturwert (K2) bestimmt und deren Ausgabe sich zu dem zweiten Umschaltzeitpunkt (t2) zur Erzeugung des Steuersignals (S) ändert, aufweist.