DE102019105638A1

DE102019105638A1 - Induktive Laststeuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102019105638A1
Application number: DE102019105638.1A
Authority: DE
Inventors: Toshio Saito; Hiromi Murata
Original assignee: Omron Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: Nidec Mobility Corp
Priority date: 2018-03-06
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2019-09-12
Also published as: US10574171B2; JP6770986B2; JP2019154006A; CN110231560B; US20190280638A1; CN110231560A

Abstract

Eine induktive Laststeuerungsvorrichtung umfasst: einen Strompfad, der ausgestaltet ist zum Verbinden einer externen Gleichstromversorgung und einer induktive Lastantriebeinheit; eine Öffnungs- und Schließeinheit, welche ausgestaltet ist zum Verbinden oder Trennen des Strompfads; eine Spannungs-Erkennungseinheit, welche ausgestaltet ist zum Erkennen einer Spannungsdifferenz zwischen Enden der Öffnungs- und Schließeinheit; und eine Fehlererkennungseinheit, welche ausgestaltet ist zum Erkennen eines Fehlers der Öffnungs- und Schließeinheit. Die Öffnungs- und Schließeinheit umfasst: in Reihe verbundene erste und zweite Schaltelemente; und eine Diode, die in Reihe verbunden ist mit dem ersten Schaltelement und parallel mit dem zweiten Schaltelement, so dass eine Anode der Diode angeordnet ist in einer Richtung der Gleichstromversorgung. Die Fehlererkennungseinheit ist ausgestaltet, auf der Grundlage der Spannungsdifferenz zu erkennen, dass sich das zweite Schaltelement in einem nichtleitenden Fehlerzustand befindet.

Description

QUERVERWEISE ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung basiert auf der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-039848 , eingereicht am 6. März 2018 und nimmt deren Priorität in Anspruch. Der gesamte Inhalt dieser Anmeldung wird hierin durch Bezugnahme eingeschlossen.
TECHNISCHES GEBIET
Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine induktive Laststeuerungsvorrichtung, und insbesondere eine induktive Laststeuerungsvorrichtung zum Erkennen eines Fehlers einer ihrer Komponenten.
STAND DER TECHNIK
Im Stand der Technik zu induktiven Laststeuerungsvorrichtung, die mit einer Gleichstromversorgung verbunden sind, um eine induktive Last wie etwa einen Motor zu steuern, werden Mittel zum Erkennen eines Fehlers eigener Komponenten vorgeschlagen wie etwa eine Schutzschaltung für den Fall der umgekehrten Verbindung der Gleichstromversorgung. Beispielsweise schlägt JP-A-2012-065405 eine Motorsteuervorrichtung vor, die vorgesehen ist zur Diagnose, ob Mittel zum Umkehrverbindungsschutz zum Schutz einer Schaltung in der Motorsteuervorrichtung fehlerhaft sind oder nicht, für den Fall, dass eine Stromversorgung umgekehrt verbunden ist. Die Motorsteuermittel umfassen Umkehrverbindungsschutzmittel, welche umfassen: ein Schaltelement, welches eine Batterie und einen Motor trennt oder verbindet, und ein Rückflussvermeidungselement zur Vermeidung eines Stromrückflusses, wenn die Batterie umgekehrt verbunden ist, und Fehlerdiagnosemittel zum Diagnostizieren eines Fehlers der Umkehrverbindungsschutzmittel. Die Fehlerdiagnosemittel berechnen einen Unterschied zwischen einer Cutoff-Potenzialdifferenz, bevor die Umkehrverbindungsschutzmittel verbunden werden, und einer Verbindungs-Potenzialdifferenz, wenn die Umkehrverbindungsschutzmittel verbunden werden, und vergleichen den berechneten Unterschied mit einem Schwellenwert, der im Voraus eingestellt wird. Wenn die Differenz größer oder gleich ist als der Schwellenwert, wird ermittelt, dass die Umkehrverbindungsschutzmittel nicht fehlerhaft sind, und wenn die Differenz kleiner ist als der Schwellenwert, wird ermittelt, dass die Umkehrverbindungsschutzmittel fehlerhaft sind.
JP-A-2012-188101 offenbart eine Steuervorrichtung für einen elektrisch betriebenes Steuergerät, welches vorgesehen ist zum verlässlichen Erkennen eines Fehlers eines MOS-FET und welches selbst dann einen Fehler einer parasitären Diode erkennen kann, wenn der MOS-FET für ein Stromversorgungs-Relais verwendet wird. In diesem elektrisch betriebenen Steuergerät sind MOS-FETs mit eingebauter parasitärer Diode und in Reihe geschaltet in umgekehrter Richtung vorgesehen, sowie ein Kondensator, der angeordnet ist auf einer Ausgangsseite eines MOS-FET an den nachfolgenden Stufen, sind angeordnet in einem Energiepfad zwischen einer Batterie und einer Motorantriebsschaltung. In einem Zustand unmittelbar nachdem ein Zündschalter angestellt wird, werden die MOS-FETs gesteuert, um ein einer vorbestimmten Reihenfolge an- oder ausgestellt zu werden, und ein Fehler des MOS-FET und der parasitären Diode werden erkannt auf der Grundlage einer Ausgangsspannung von jedem MOS-FET.
KURZZUSAMMENFASSUNG
Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen eine induktive Laststeuerungsvorrichtung vor zum Erkennen eines nichtleitenden Fehlerzustands (auch bezeichnet als Aus-Fehlerzustand) eines Schaltelementes, in dem Dioden parallel vorgesehen sind, welches dem Schutz vor umgekehrter Verbindung dient und welches als Schutzschaltung verwendet wird, wenn eine Gleichstromversorgung umgekehrt verbunden ist.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist eine induktive Laststeuerungsvorrichtung vorgesehen, umfassend: einen Strompfad, der ausgestaltet ist, um eine externe Gleichstromversorgung und eine induktive Lastantriebeinheit zu verbinden, wobei die induktive Lastantriebeinheit ausgestaltet ist, um eine induktive Last von einer Gleichstromversorgung mit Strom zu versorgen, und um die induktive Last anzutreiben; eine Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit, welche vorgesehen ist in dem Strompfad, und welche ausgestaltet ist, sich mit dem Strompfad zu verbinden oder zu trennen; eine Strompfad-Steuereinheit, welche ausgestaltet ist, ein Öffnen und Schließen der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit zu steuern; eine Spannungs-Erkennungseinheit, welche ausgestaltet ist, eine Spannungsdifferenz zu erkennen zwischen einer ersten Spannung an einem Ende der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit auf einer Gleichstromversorgungs-Seite, und einer zweiten Spannung an einem anderen Ende der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit auf einer induktiven-Lastantriebeinheits-Seite; und eine Fehlererkennungseinheit, welche ausgestaltet ist, einen Fehler der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit zu erkennen, wobei die Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit umfasst: ein erstes Schaltelement; ein zweites Schaltelement, welches in Reihe mit dem ersten Schaltelement geschaltet ist; und eine Diode, welche in Reihe geschaltet ist mit dem ersten Schaltelement und welche parallel geschaltet ist mit dem zweiten Schaltelement, so dass eine Anode der Diode in einer Richtung der Gleichstromversorgung angeordnet ist, und wobei die Fehlererkennungseinheit ausgestaltet ist, auf der Grundlage der Spannungsdifferenz zu erkennen, dass sich das zweite Schaltelement in einem nichtleitenden Fehlerzustand befindet.
Mit dem oben beschriebenen Aufbau ist es möglich, eine induktive Laststeuerungsvorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, einen nichtleitenden Fehlerzustand eines Umkehrvermeidungsschutz-Schaltelementes zu erkennen, durch Erkennen einer Spannungsdifferenz zwischen beiden Enden der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine induktive Laststeuerungsvorrichtung vorgesehen, umfassend: einen Stromversorgungsanschluss, welcher mit einer externen Gleichstromversorgung verbunden ist; eine induktive Lastantriebeinheit, welche ausgestaltet ist, eine induktive Last mit Strom zu versorgen und die induktive Last anzutreiben; einen Strompfad, welcher ausgestaltet ist, den Stromversorgungsanschluss und die induktive Lastantriebeinheit zu verbinden; eine Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit, welche vorgesehen ist in dem Strompfad, und welche vorgesehen ist, den Strompfad zu verbinden oder zu trennen; eine Strompfad-Steuereinheit, welche vorgesehen ist, ein Öffnen und Schließen der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit zu steuern; eine Spannungs-Erkennungseinheit, welche vorgesehen ist, eine Spannungsdifferenz zu erkennen zwischen einer ersten Spannung, die eine Spannung zwischen der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit und dem Stromversorgungsanschluss ist, und einer zweiten Spannung, die eine Spannung zwischen der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit und der induktiven Lastantriebeinheit ist; und eine Fehlererkennungseinheit, welche ausgestaltet ist, einen Fehler der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit zu erkennen, wobei die Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit umfasst: ein erstes Schaltelement; ein zweites Schaltelement, welches in Reihe mit dem ersten Schaltelement verbunden ist; und eine Diode, welche in Reihe verbunden ist mit dem ersten Schaltelement, und welche parallel verbunden ist mit dem zweiten Schaltelement, so dass eine Anode der Diode angeordnet ist in einer Richtung des Stromversorgungsanschluss, und wobei die Fehlererkennungseinheit ausgestaltet ist, auf der Grundlage der Spannungsdifferenz zu erfassen, dass sich das zweite Schaltelement in einem a nichtleitenden Fehlerzustand befindet.
Mit der oben beschriebenen Anordnung ist es möglich, eine induktive Laststeuerungsvorrichtung vorzusehen, die fähig ist, einen nichtleitenden Fehlerzustand eines Schaltelementes zum Umkehrverbindungsschutz vorzusehen durch Erkennen einer Spannungsdifferenz zwischen der ersten Spannung zwischen der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit und dem Stromversorgungsanschluss und der zweiten Spannung zwischen der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit und dem Antriebsabschnitt der induktiven Last.
Die Spannungs-Erkennungseinheit kann ausgestaltet sein, um eine erste Spannungsdifferenz zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung zu erkennen, wenn die Strompfad-Steuereinheit eine Steuerung durchführt, um das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement leitend zu setzen, und die Fehlererkennungseinheit kann ausgestaltet sein, zu erkennen, dass sich das zweite Schaltelement in einem nichtleitenden Fehlerzustand befindet, für den Fall, dass die erste Spannungsdifferenz größer ist als ein vorbestimmter erster Schwellenwert.
Mit der oben beschriebenen Anordnung ist es möglich, einen nichtleitenden Fehlerzustand des Schaltelementes zum Umkehrverbindungsschutz zu erkennen, wenn die Gleichstromversorgung verbunden ist und wenn der Strompfad leitend ist.
Ferner kann die induktive Lastantriebeinheit eine Brückenschaltung sein, die eine Mehrzahl von Schaltelementen umfasst, welche angeordnet sind, um das Fließen eines regenerativen Stroms von der induktiven Lastseite zur Gleichstromversorgung zu gestatten, die Spannungs-Erkennungseinheit kann ausgestaltet sein, eine zweite Spannungsdifferenz zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung zu erkennen, wenn die Strompfad-Steuereinheit eine Steuerung durchführt, um die induktive Lastantriebeinheit anzutreiben, indem sie das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement leitend setzt, und die Fehlererkennungseinheit kann ausgestaltet sein, zu erkennen, dass sich das zweite Schaltelement in einem nichtleitenden Fehlerzustand befindet für den Fall, dass die zweite Spannungsdifferenz größer ist als ein vorbestimmter zweiter Schwellenwert.
Mit der oben beschriebenen Anordnung ist es möglich, einen nichtleitenden Fehlerzustand des Schaltelementes zum Umkehrverbindungsschutz zu erkennen, wenn ein regenerativer Strom zur positiven Elektrodenseite der Gleichstromversorgung fließt.
Ferner kann der erste Schwellenwert größer sein als ein Wert, der erhalten wird durch Addieren eines Spannungsabfalls des ersten Schaltelementes und eines Spannungsabfalls des zweiten Schaltelementes, und kleiner als ein Wert, der erhalten wird durch Addieren des Spannungsabfalls des ersten Schaltelementes und eines Vorwärts-Spannungsabfalls der Diode.
Mit der oben beschriebenen Anordnung ist es möglich, in verlässlicher Weise einen nichtleitenden Fehlerzustand des Schaltelementes zum Umkehrverbindungsschutz zu erkennen, wenn die Gleichstromversorgung verbunden ist und der Strompfad leitend.
Ferner kann der zweite Schwellenwert eingestellt werden auf der Grundlage einer Spannung, die erzeugt wird an dem anderen Ende der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit auf der induktiven Lastantriebeinheits-Seite, wobei die am anderen Ende erzeugte Spannung von einer Spannung abhängt, die durch die induktive Last erzeugt wird, für den Fall, dass der regenerative Strom nicht zur Gleichstromversorgung fließt durch das zweite Schaltelement aufgrund des nichtleitenden Fehlerzustandes des zweiten Schaltelementes.
Mit der oben beschriebenen Anordnung ist es möglich, in verlässlicher Weise einen nichtleitenden Fehlerzustand des Schaltelementes zum Umkehrverbindungsschutz zu erkennen, wenn ein regenerativer Strom zur positiven Elektrodenseite der Gleichstromversorgung fließt.
Wie oben beschrieben ist es gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, eine induktive Laststeuerungsvorrichtung vorzusehen, um einen nichtleitenden Fehlerzustand (auch als Aus-Fehlerzustand bezeichnet) eines Schaltelementes zu erkennen, in dem Dioden parallel zum Schaltelement vorgesehen sind, welches dem Schutz vor umgekehrter Verbindung dient und welches verwendet wird als Schutzschaltung, wenn eine Gleichstromversorgung umgekehrt verbunden wird.
Figurenliste

1 zeigt eine induktive Laststeuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A erläutert einen Stromfluss und 2B erläutert eine Beziehung zwischen einer ersten Spannung und einer zweiten Spannung, für den Fall, dass ein Normalbetrieb vorliegt, wenn eine Gleichstromversorgung verbunden ist und ein Strompfad leitend ist, in der induktiven Laststeuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3A erläutert den Stromfluss und 3B erläutert eine Beziehung zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung, für den Fall, dass ein nichtleitender Fehlerzustand in einem Umkehrverbindungsvermeidungs-FET auftritt, wenn die Gleichstromversorgung verbunden ist und der Strompfad leitend ist, in der induktiven Laststeuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4A erläutert den Stromfluss und 4B erläutert eine Beziehung zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung, für den Fall, dass ein Normalbetrieb vorliegt, wenn ein regenerativer Strom fließt, in der induktiven Laststeuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5A erläutert den Stromfluss und 5B erläutert eine Beziehung zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung, für den Fall, dass der nichtleitende Fehlerzustand in der Umkehrverbindungsvermeidungs-FET auftritt, wenn der regenerativer Strom fließt, in der induktiven Laststeuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 erläutert einen Fluss des regenerativen Stroms in einem Zustand, in dem der Motor angetrieben wird, in der induktiven Laststeuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 erläutert einen Zustand, in dem Schaltelemente einer Brückenschaltung alle ausgestellt sind gegenüber dem Zustand in 6 und der regenerative Strom fließt zur Gleichstromversorgung, in der induktiven Laststeuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt ein Steuerverfahren in der induktiven Laststeuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
9 zeigt ein Fehlererkennungsverfahren in der induktiven Laststeuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden zahlreiche Details beschrieben um ein tiefgehendes Verständnis der Erfindung zu ermöglichen. Dem Fachmann erschließt sich jedoch ohne weiteres, dass die Erfindung auch ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden kann. An anderen Stellen wurden wohlbekannte Merkmale nicht beschrieben, um ein Verschleiern der Erfindung zu vermeiden.
Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Technik zum Erkennen eines Fehlers einer Schaltung zur Sicherung einer Schaltung oder dergleichen zum Antreiben einer induktiven Last für den Fall, dass eine Gleichstromversorgung verkehrt verbunden ist. Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine induktive Laststeuerungsvorrichtung 100 in dieser Ausführungsform beschrieben. induktive Laststeuerungsvorrichtung 100 ist eine Vorrichtung, die vorgesehen ist zwischen einer externen Gleichstromversorgung BT und einer induktiven Last und versorgt die induktive Last mit Strom, um die induktive Last anzutreiben, induktive Laststeuerungsvorrichtung 100 umfasst eine Strompfad-Öffhungs- und Schliesseinheit 40, welche eine Schaltung ist zum Sichern einer elektrischen Schaltung zum Antrieben einer induktiven Last in einem Zustand, in dem die positive Elektrode und die negative Elektrode der Gleichstromversorgung BT verkehrt verbunden sind. In dieser Beschreibung wird die induktive Last als Motor MT als exemplarisches Beispiel dafür beschrieben, ist aber nicht darauf beschränkt, und betrifft beispielsweise eine Last umfassend Windungen, wie etwa einen Solenoiden, einen Transformator, eine Relais-Spule, und dergleichen. Die induktive Laststeuerungsvorrichtung 100 wird beispielsweise verwendet als elektrische Stromsteuervorrichtung als eine In-Fahrzeug-Vorrichtung.
Die induktive Laststeuerungsvorrichtung 100 umfasst einen Stromversorgungsanschluss 10 (die Anodenseite der Gleichstromversorgung BT wird als Stromversorgungsanschluss 10P bezeichnet und die Kathodenseite wird als Stromversorgungsanschluss 10N bezeichnet), der mit einer externen Gleichstromversorgung BT verbunden ist, eine Brückenschaltung 20 (induktive Lastantriebeinheit), die Motor MT, der eine induktive Last ist, mit Strom versorgt, und die Motor MT antreibt, einem Strompfad 30, der Stromversorgungsanschluss 10P und Brückenschaltung 20 miteinander verbindet, einen Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40, der vorgesehen ist in Strompfad 30 zum Verbinden oder Trennen des Strompfads 30, eine Strompfad-Steuereinheit 50 zum Steuern des Öffnens und Schließens der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40, eine Spannungs-Erkennungseinheit 60 zum Erkennen einer Spannungsdifferenz zwischen einer ersten Spannung V1, die eine Spannung zwischen Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 und Stromversorgungsanschluss 10P ist, und einer zweiten Spannung V2, die eine Spannung zwischen Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 und Brückenschaltung 20 ist, eine Fehlererkennungseinheit 70 zum Erkennen eines Fehlers der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40, eine induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80 zum Steuern der induktiven Laststeuerungsvorrichtung 100, und eine Vortreibereinheit 90 zum tatsächlichen Antreiben eines Schaltelements in Brückenschaltung 20 in Antwort auf eine Anweisung der induktiven Lastantriebsteuerungseinheit 80.
Stromversorgungsanschluss 10P ist ein Verbindungspunkt mit der Anodenseite der Gleichstromversorgung BT und weist eine Struktur auf, die ein Befestigen und Entfernen der Gleichstromversorgung BT in einfacher Weise ermöglicht zum Zeitpunkt des Ersetzens von Gleichstromversorgung BT und Wartens der induktiven Laststeuerungsvorrichtung 100.
1 zeigt einen Zustand (positiver Verbindungszustand) in dem die Polarität der Gleichstromversorgung BT korrekt und ohne Fehler verbunden ist. Motor MT ist ein Dreiphasen-Bürstenlos-Motor, der für eine Stromsteuervorrichtung oder eine elektrisch betriebene Schiebetür (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs oder dergleichen verwendet wird. Beispielsweise wird Motor MT verwendet, um eine Unterstützungskraft für einen Steuerbetrieb oder dergleichen vorzusehen, oder um ein Öffnen und Schließen der Schiebetür anzutreiben. Da Motor MT ein Dreiphasenmotor ist, ist induktive Laststeuerungsvorrichtung 100 mit Motor MT an drei Motorverbindungspunkten 11 verbunden.
Brückenschaltung 20 (induktive Lastantriebeinheit) treibt eine Rotation von Motor MT an, der eine induktive Last ist, und ist direkt verbunden mit Motorverbindungspunkten 11. Brückenschaltung 20 wird aufgebaut durch Verbindungsphasenschaltungen Cu, Cv, und Cw die parallel jeweils Phasen U, V, und W von Motor MT entsprechen. Brückenschaltung 20 ist verbunden mit der Anodenseite von Gleichstromversorgung BT über den hochseitigen Strompfad 30 und ist verbunden (geerdet) zur Kathodenseite der Gleichstromversorgung BT über eine Erdleitung GL und Stromversorgungsanschluss 10N. Die Phasenschaltungen Cu, Cv, und Cw von Brückenschaltung 20 umfassen hochpotenzialseitige Halbleiterschaltelemente Quh, Qvh, und Qwh, die auf dem hochseitigen Strompfad 30 vorgesehen sind und niederpotenzialseitige Halbleiterschaltelemente Qul, Qvl, und Qwl, die auf der Erdleitungs-GL-seite vorgesehen sind, und Shunt-Widerstände, die jeweils auf der Erdleitungs-GL-seite in Reihe vorgesehen sind. In dieser Ausführungsform werden als die hochpotenzialseitigen Halbleiterschaltelemente Quh, Qvh, und Qwh und als die niederpotenzialseitigen Halbleiterschaltelemente Qul, Qvl, und Qwl, MOSFETs, das heißt, Metalloxydfeldeffettransistoren, verwendet. Parasitäre Dioden werden in den hochpotenzialseitigen Halbleiterschaltelementen Quh, Qvh, und Qwh und den niederpotenzialseitigen Halbleiterschaltelementen Qul, Qvl, und Qwl gebildet, die jeweils die MOSFETs sind. Die Verbindungspunkte der hochpotenzialseitigen Halbleiterschaltelemente Quh, Qvh, und Qwh und der niederpotenzialseitigen Halbleiterschaltelemente Qul, Qvl, und Qwl sind jeweils mit den Phasen U, V, und W von Motor MT über Motorverbindungspunkte 11 verbunden.
Vortreibereinheit 90 wird gesteuert durch die induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80, gibt ein Pulsweitenmodulations-(PWM)-Signal an jede Phase von Brückenschaltung 20 aus, und treibt die hochpotenzialseitigen Halbleiterschaltelemente Quh, Qvh, und Qwh und die niederpotenzialseitigen Halbleiterschaltelemente Qul, Qvl, und Qwl an, um diese an oder aus zu schalten. Mit diesem Aufbau treibt die induktive Laststeuerungsvorrichtung 100 Motor MT zur Rotationsbewegung an.
Die induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80 berechnet eine angemessene relative Einschaltdauer auf der Grundlage eines Spannungswertes von jeder Phase von Brückenschaltung 20 und aus von anderen Sensoren und einer elektrischen Steuereinheit (ECU) (nicht gezeigt) erhaltenen Signalen, und steuert Vortreibereinheit 90, um PWM-Signale auszugeben, die für die relative Einschaltdauer geeignet sind. Diese PWM-Signale werden jeweils an Gates der Treiber-Halbleiterschaltelemente Quh bis Qwl eingegeben, und Brückenschaltung 20 wandelt Strom der Gleichstromversorgung BT durch PWM-Steuerung und versorgt Motor MT mit Strom. Die von anderen Sensoren oder der ECU erhaltenen Signale sind ein Steuerdrehmomentwert des Lenkrads, ein Rotationswinkel von Motor MT, oder dergleichen, zum Beispiel für den Fall, dass Motor MT verwendet wird als Vorrichtung zum Bereitstellen einer Unterstützungskraft für das Lenkrad, induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80 ist mit Gleichstromversorgung BT über Zündschalter IG verbunden, und die induktive Laststeuerungsvorrichtung 100 funktioniert für den Fall, dass Zündschalter IG angestellt wird. Vorzugsweise wird induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80 durch Verwendung eines Mikrocomputers umgesetzt.
Strompfad 30 ist ein hochseitiger Strompfad, der Stromversorgungsanschluss 10P mit einer normalpositiven Seite von Gleichstromversorgung BT und Brückenschaltung 20 verbindet. Strompfad 30 weist Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 in seinem Strompfad auf. Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 verbindet oder trennt Strompfad 30 mittels eines darin vorgesehenen Schaltelementes. Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 umfasst einen Stromabschalt-FET 41 (erstes Schaltelement), der näher zur Gleichstromversorgung BT vorgesehen ist, einen Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42, der in Reihe mit Stromabschalt-FET 41 geschaltet ist, und der näher zur Brückenschaltung 20 vorgesehen ist, eine Stromabschalt-FET-parasitäre Diode 43, die in Reihe geschaltet ist mit Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42, und die parallel geschaltet ist mit Stromabschalt-FET 41, so dass die Stromabschalt-FET-parasitäre Diode 43 angeordnet ist in der Richtung von Gleichstromversorgung BT, und eine Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitäre Diode 44, die in Reihe geschaltet ist mit Stromabschalt-FET 41, und die parallel verbunden ist mit Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42, so dass die Anode der Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitären Diode 44 angeordnet ist in der Richtung von Gleichstromversorgung BT. Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 kann vorgesehen sein mit einem Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 on auf der Gleichstromversorgung BT näheren Seite.
Der Drain-Anschluss von Stromabschalt-FET 41 ist verbunden mit Stromversorgungsanschluss 10P, der verbunden ist mit der positiven Elektrode von Gleichstromversorgung BT und der Source-Anschluss von Stromabschalt-FET 41 ist verbunden mit dem Source-Anschluss von Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 und der Anode der Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitären Diode 44. Der Source-Anschluss von Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 ist verbunden mit dem Source-Anschluss von Stromabschalt-FET 41 und der Anode der Stromabschalt-FET-parasitären Diode 43, und der Drain-Anschluss von Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 ist verbunden mit Brückenschaltung 20.
Die Kathode der Stromabschalt-FET-parasitären Diode 43 ist verbunden mit Stromversorgungsanschluss 10P, der verbunden ist mit der positiven Elektrode von Gleichstromversorgung BT, die Anode der Stromabschalt-FET-parasitären Diode 43 ist verbunden mit dem Source-Anschluss von Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 und der Anode der Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitären Diode 44. Die Anode der Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitären Diode 44 ist verbunden mit dem Source-Anschluss von Stromabschalt-FET 41 und der Anode der Stromabschalt-FET-parasitären Diode 43, und die Kathode der Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitären Diode 44 ist verbunden mit Brückenschaltung 20.
Strompfad-Steuereinheit 50 ist verbunden mit dem Gate-Anschluss von Stromabschalt-FET 41 und dem Gate-Anschluss von Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42, und legt ein Treibersignal an die Gate-Anschlüsse an, um so den Source-Drain-Pfad von Stromabschalt-FET 41 und Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 an- oder abzuschalten, und steuert das Öffnen und Schließen von Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40. Strompfad-Steuereinheit 50 steuert das Öffnen und Schließen von Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 auf der Grundlage eines Befehlssignals von Fehlererkennungseinheit 70, die durch die induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80 gesteuert wird. Wenn Zündschalter IG angestellt wird, wird die induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80 mit Strom versorgt, so dass die induktive Laststeuerungsvorrichtung 100 den Betrieb aufnimmt. Dann führt die induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80 eine Steuerung durch, um Stromabschalt-FET 41 und Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 anzuschalten. Selbst wenn jedoch Zündschalter IG angestellt wird in einem Zustand, in dem Gleichstromversorgung BT verkehrt verbunden ist, wird die Steuerung zum Anstellen von Stromabschalt-FET 41 und Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 nicht durchgeführt, da die induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80 normal nicht versorgt wird mit elektrischem Strom. Im Ergebnis werden Stromabschalt-FET 41 und Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 abgeschaltet. Falls Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 nicht vorgesehen ist, da eine Spannung angelegt wird zwischen Stromversorgungsanschluss 10N und Stromversorgungsanschluss 10P durch die parasitäre Diode 43 von Stromabschalt-FET 41 in der induktiven Laststeuerungsvorrichtung 100, besteht die Möglichkeit, dass die Schaltung zusammenbricht. Aufgrund des Vorhandenseins von Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 wird jedoch vermieden, dass an die induktive Laststeuerungsvorrichtung 100 eine Spannung in umgekehrter Richtung angelegt wird.
Spannungs-Erkennungseinheit 60 erkennt eine Spannungsdifferenz zwischen der ersten Spannung V1, die die Spannung ist zwischen Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 und Stromversorgungsanschluss 10P, und der zweiten Spannung V2, die die Spannung ist zwischen Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 und Brückenschaltung 20. Mit anderen Worten erkennt Spannungs-Erkennungseinheit 60 eine Spannungsdifferenz zwischen der ersten Spannung V1 an einem Ende von Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 auf der Gleichstromversorgungs-BT-Seite und der zweiten Spannung V2 am anderen Ende von Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 auf der Brückenschaltung-20-Seite. Das heißt, Spannungs-Erkennungseinheit 60 erkennt eine Spannungsdifferenz zwischen den beiden Enden von Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40.
Auf der Grundlage der Spannungsdifferenz (|V1 - V2|) erkennt Fehlererkennungseinheit 70, dass sich Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 (zweites Schaltelement) in Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 in einem nichtleitenden Fehlerzustand befindet. Der nichtleitende Fehlerzustand wird auch als Aus-Fehlerzustand bezeichnet, und betrifft einen Fehlerzustand, in dem die Schaltelemente ausgeschaltet bleiben und nicht leiten, im nichtleitenden Fehlerzustand von Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 wird angenommen, dass die Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitäre Diode 44, welches eine parasitäre Diode zu Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 ist, normal funktioniert. Vorzugsweise werden Spannungs-Erkennungseinheit 60 und Fehlererkennungseinheit 70 durch einen Mikrocomputer umgesetzt, der einen A/D-Wandler umfasst. Die induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80 wird von dem gleichen Mikrocomputer geteilt und umgesetzt.
Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 wird eine Beziehung beschrieben zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2 und einem Stromfluss für einen Fall des Normalbetriebs oder für den Fall, bei dem der nichtleitende Fehlerzustand in Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 auftritt, wenn Gleichstromversorgung BT verbunden ist und Strompfad 30 leitend ist. Die 2A und 3A zeigen nur einen Teil bezüglich der in 1 gezeigten Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 und Fehlererkennungseinheit 70 und dergleichen.
2A zeigt einen Zustand, in dem Strompfad-Steuereinheit 50 Stromabschalt-FET 41 und Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 steuert, um angestellt zu werden, das heißt, einen Zustand, in dem Strompfad-Steuereinheit 50 Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 steuert, um angestellt zu werden, wenn Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 im Normalbetrieb läuft. Ferner zeigt die gestrichelte Linie den Strom. Da alle Elemente in Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40, nämlich Stromabschalt-FET 41, Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42, Stromabschalt-FET-parasitäre Diode 43, und Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitäre Diode 44 im Normalbetrieb laufen, fließt Strom von Gleichstromversorgung BT zur induktiven Lastantriebeinheit 20 durch Stromabschalt-FET 41 und Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42. Wenn die erste Spannung V1, die eine Spannung zwischen Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 und Stromversorgungsanschluss 10P ist, verglichen wird mit der zweiten Spannung V2, die die Spannung ist zwischen Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 und Brückenschaltung 20, da die zweite Spannung V2 stromabwärts von der ersten Spannung V1 ist, wie in 2B gezeigt, wird die zweite Spannung V2 niedriger als die erste Spannung V1 um den Spannungsabfall zwischen Drain-Anschluss und Source-Anschluss der zwei FETs.
Andererseits zeigt 3A einen Zustand, bei dem Strompfad-Steuereinheit 50 Stromabschalt-FET 41 und Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 steuert, um sie anzustellen, wenn die von Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 unterschiedenen Elemente im Normalbetrieb laufen aber der nichtleitende Fehlerzustand in der Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 auftritt. Da der nichtleitende Fehlerzustand in der Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 auftritt, bleibt Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 ausgeschaltet ohne angestellt zu werden, selbst dann wenn Strompfad-Steuereinheit 50 Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 steuert, um angestellt zu werden. Da jedoch die Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitäre Diode 44 in Vorwärtsrichtung bezüglich einer Stromrichtung vorliegt, fließt der Strom von Stromabschalt-FET 41 von der Anode zur Kathode der Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitären Diode 44, wie durch die gestrichelte Linie gezeigt wird.
Wenn in diesem Zustand die erste Spannung V1 und die zweite Spannung V2 miteinander verglichen werden, wird die zweite Spannung V2 kleiner als die im Normalzustand und eine Spannungsdifferenz (V1 - V2) größer als im Normalzustand tritt auf, da die zweite Spannung V2 stromabwärts von der ersten Spannung V1 liegt, und da ein Spannungsabfall der Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitären Diode 44 größer ist als ein Spannungsabfall zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss der Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42, wie in 3B gezeigt. Hier wird ein Wert eines ersten Schwellenwertes α auf einen Wert eingestellt, der kleiner ist als ein Wert, der erhalten wird durch Addieren des Spannungsabfalls zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss von Stromabschalt-FET 41 und dem Vorwärts-Spannungsabfall von Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitärer Diode 44, und der größer ist als ein Wert, der erhalten wird durch Addieren des Spannungsabfalls zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss von Stromabschalt-FET 41 und dem Spannungsabfall zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss von Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42. Wie in den 2A und 2B gezeigt, wenn Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 im Normalbetrieb läuft, ergibt sich $V 1 - V 2 < α$
Wie in den 3A und 3B gezeigt, für den Fall, dass der nichtleitende Fehlerzustand in Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 auftritt, ergibt sich $V 1 - V 2 > α$
Somit ist es möglich, einen nichtleitenden Fehlerzustand eines Umkehrverbindungsvermeidungs-Schaltelementes zu erkennen durch Erkennen der Spannungsdifferenz (|V1 - V2|) zwischen der ersten Spannung V1 zwischen Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 und Stromversorgungsanschluss 10P und der zweiten Spannung V2 zwischen Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 und der induktiven Lastantriebeinheit 20, das heißt, die Spannungsdifferenz (|V1 - V2|) zwischen den beiden Enden von Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40.
In der induktiven Laststeuerungsvorrichtung 100, wenn Strompfad-Steuereinheit 50 eine Steuerung durchführt, um Stromabschalt-FET 41 und Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 leitend zu setzen auf der Grundlage eines Befehlssignals von Fehlererkennungseinheit 70, erkennt Spannungs-Erkennungseinheit 60 die Spannungsdifferenz (V1 - V2, erste Spannungsdifferenz) zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2. Für den Fall, dass die Spannungsdifferenz (V1 - V2, erste Spannungsdifferenz) größer ist als der erste Schwellenwert α, der im Voraus eingestellt wird auf der Grundlage des Vorwärts-Spannungsabfalls der Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitären Diode 44, erkennt Fehlererkennungseinheit 70, dass sich Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 in einem nichtleitenden Fehlerzustand befindet. Durch Durchführen der Erkennung in dieser Weise ist es möglich, einen nichtleitenden Fehlerzustand von Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 (Schaltelement für den Schutz vor umgekehrter Kontaktierung) zu erkennen, wenn Gleichstromversorgung BT verbunden ist und Strompfad 30 leitend ist.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 wird eine Beziehung beschrieben zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2 und einem Stromfluss, wenn ein regenerativer Strom von der induktiven Lastantriebeinheits-20-Seite zu fließen beginnt zur Gleichstromversorgung BT und der Normalbetrieb läuft, und wenn der nichtleitende Fehlerzustand in Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 auftritt. Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 6 und 7 ein regenerativer Strom beschrieben, der in der induktiven Laststeuerungsvorrichtung 100 auftreten kann.
6 zeigt einen Zustand, bei dem die induktive Laststeuerungsvorrichtung 100 das hochpotenzialseitige Halbleiterschaltelement Quh und das niederpotenzialseitige Halbleiterschaltelement Qwl anstellt, um Motor MT anzutreiben unter Verwendung des elektrischen Stroms von Gleichstromversorgung BT. In diesem Fall, wie durch den gepunkteten Pfeil gezeigt, fließt der Strom zum Antreiben von Motor MT von der positiven Elektrode von Gleichstromversorgung BT zum U-Pol und zum W-Pol von Motor MT durch Stromversorgungsanschluss 10P, Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40, Strompfad 30, das hochpotenzialseitige Halbleiterschaltelement Quh von Brückenschaltung 20, und den Verbindungsanschluss 11 des U-Pols von Motor MT, und fließt zurück zum negativen Pol von Gleichstromversorgung BT durch Verbindungsanschluss 11 des W-Pols von Motor MT, das niederpotenzialseitige Halbleiterschaltelement Qwl von Brückenschaltung 20, den Shunt-Widerstand, Erdleitung GL, und Stromversorgungsanschluss 10N.
7 zeigt einen Zustand, bei dem die Schaltelemente von Brückenschaltung 20 alle ausgestellt sind im Vergleich zu dem in 6 gezeigten Zustand, und ein regenerativer Strom fließt zu Gleichstromversorgung BT. Der regenerativer Strom ist ein Strom, der fließt durch eine gegenelektromotorische Kraft, die durch die Spule von Motor MT selbst erzeugt wird für den Fall, dass der in Motor MT fließende Strom abrupt unterbrochen wird. Wie beispielsweise oben beschrieben, in einem Fall, in dem sich Quh und Qwl des Halbleiterschaltelementes von Brückenschaltung 20 in einem An-Zustand befinden, fließt ein Strom von Gleichstromversorgung BT zu Motor MT durch Quh und Qwl. Dann, wie in 7 gezeigt, wenn Quh und Qwl ausgestellt werden und alle Halbleiterschaltelemente in Brückenschaltung 20 ausgestellt sind, wird der Strom von Gleichstromversorgung BT an Motor MT abgetrennt. Im Ergebnis wird eine gegenelektromotorische Spannung erzeugt in der Spule von Motor MT, und ein Strom (regenerativer Strom) versucht, zum Motor zu fließen.
Das heißt, wie durch die gestrichelte Linie gezeigt, dass dieser regenerative Strom von der negativen Elektrode von Gleichstromversorgung BT zum W-Pol und U-Pol von Motor MT fließt durch Stromversorgungsanschluss 10N, Erdleitung GL, den Shunt-Widerstand, die parasitäre Diode des niederpotenzialseitigen Halbleiterschaltelementes Qul von Brückenschaltung 20, Verbindungsanschluss 11 des U-Pols von Motor MT, und zurückfließt zur positiven Elektrode von Gleichstromversorgung BT durch Verbindungsanschluss 11 des W-Pols von Motor MT, die parasitäre Diode des hochpotenzialseitigen Halbleiterschaltelementes Qwh von Brückenschaltung 20, Strompfad 30, Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40, und Stromversorgungsanschluss 10P.
Da in dieserAusführungsform die induktive Last der Motor MT ist, wird eine Kraft extern angewendet auf die Ausgabewelle von Motor MT, und Motor MT dient als Generator und erzeugt eine Spannung. Selbst in einem solchen Fall kann ein regenerativer Strom zu Gleichstromversorgung BT fließen. Für den Fall, dass beispielsweise ein Motor MT in einem elektrischen Stromsteuergerät verwendet wird, ist Motor MT mechanisch verbunden mit einer Welle, die einen Reifen rotiert. Wenn der Reifen durch eine externe Kraft (Straßenoberflächen-Reaktionskraft) rotiert wird, die von einer Straßenoberfläche aufgenommen wird während der Fahrt des Fahrzeugs, wird aus diesem Grund eine Ausgabewelle von Motor MT durch die externe Kraft rotiert, so dass Motor MT als Generator dient und eine Spannung erzeugt. Wenn ein Spannungswert, der erhalten wird durch Addieren dieser Spannung und der ggenelektromotorischen Spannung, die erzeugt wird, wenn Motor MT rotiert aufgrund des elektrischen Stroms von Gleichstromversorgung BT, größer wird als der Spannungswert von Gleichstromversorgung BT, kann ein regenerativer Strom fließen von Motor MT zu Gleichstromversorgung BT.
4A zeigt einen Zustand, bei dem Strompfad-Steuereinheit 50 Stromabschalt-FET 41 und Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 so steuert, dass diese angestellt werden, wenn der regenerative Strom von der induktiven Lastantriebeinheits-20-Seite zu Gleichstromversorgung BT fließt für den Fall, dass Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 im Normalbetrieb läuft. Da alle Elemente in Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 im Normalbetrieb laufen, fließt der regenerative Strom, der von der induktiven Last abgeleitet wird, von der induktiven Lastantriebeinheit 20, die die Brückenschaltung 20 ist, durch Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 und Stromabschalt-FET 41 und zu Gleichstromversorgung BT. Wenn die erste Spannung V1, welches die Spannung ist zwischen Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 und Stromversorgungsanschluss 10P, verglichen wird mit der zweiten Spannung V2, welches die Spannung ist zwischen Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 und Brückenschaltung 20, ist die erste Spannung V1 niedriger als die ,zweite Spannung V2 um den Spannungsabfall zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss der beiden FETs , da die erste Spannung V1 stromabwärts von der zweite Spannung V2 liegt, wie in 4B gezeigt.
Andererseits zeigt 5A einen Zustand, wenn ein regenerativer Strom von der induktiven Lastantriebeinheits-20-Seite zu fließen beginnt zu Gleichstromversorgung BT, wenn Strompfad-Steuereinheit 50 Stromabschalt-FET 41 und Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 steuert, um angestellt zu werden, für den Fall, dass der nichtleitende Fehlerzustand in Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 auftritt. Da der nichtleitende Fehlerzustand in Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 auftritt, bleibt Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 ausgeschaltet ohne angestellt zu werden, selbst wenn Strompfad-Steuereinheit 50 Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 steuert, um sie anzustellen. Da auch die Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitäre Diode 44 in Gegenrichtung zur Stromrichtung geschaltet ist, stoppt der regenerative Strom an der FET-parasitären Diode 44 zur Umkehrverbindungsvermeidung, so dass der regenerative Strom im Wesentlichen nicht fließt. Aufgrund der gegenelektromotorischen Kraft, die in Motor MT erzeugt wird, wird jedoch eine gegenelektromotorische Spannung von einer Hochspannung für eine kurze Zeit erzeugt. Die Zeit und der Betrag der Erzeugung der gegenelektromotorischen Spannung hängen ab von einem Widerstand, dessen eines Ende verbunden ist zwischen Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 und Brückenschaltung 20, und dessen anderes Ende geerdet ist, und einer Kapazität. Ein Kondensator (nicht gezeigt) mit großer Kapazität wird in vielen Fällen zum Glätten eingebaut, und in diesem Fall hängen die Zeit und der Betrag der Erzeugung der gegenelektromotorischen Spannung zum großen Teil von dieser Kapazität ab.
In einem solchen Zustand, das heißt, wenn ein regenerativer Strom zu fließen beginnt von der induktiven Lastantriebeinheits-20-Seite zu Gleichstromversorgung BT für den Fall, dass der nichtleitende Fehlerzustand in Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 auftritt, wird die Beziehung zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2 wie in 5B gezeigt, wenn die erste Spannung V1 und die zweite Spannung V2 miteinander verglichen werden. Das heißt, obwohl die zweite Spannung V2 niedriger als die erste Spannung V1 ist bevor die gegenelektromotorische Kraft erzeugt wird, wird die zweite Spannung V2 eine Hochspannung, die höher ist als die erste Spannung V1, wenn die gegenelektromotorische Kraft erzeugt wird, und wird dann entladen und abgeschwächt, so dass die zweite Spannung V2 wieder niedriger wird als die erste Spannung V1. Ein zweiter Schwellenwert β wird eingestellt, der kleiner ist als die erzeugte gegenelektromotorische Spannung und der größer ist als ein Wert, der erhalten wird durch Addieren des Spannungsabfalls zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss von Stromabschalt-FET 41 und des Vorwärts-Spannungsabfalls der Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitären Diode 44. Wie in den 4A und 4B gezeigt, wenn Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 im Normalbetrieb läuft, ergibt sich $V 2 - V 1 < β$
Wie in den 5A und 5B gezeigt, für den Fall, dass der nichtleitende Fehlerzustand in Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 auftritt, ergibt sich $V 2 - V 1 > β$
Der zweite Schwellenwert β kann eingestellt werden auf der Grundlage der Spannung, die erzeugt wird am anderen Ende von Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 der induktiven Lastantriebeinheits-20-Seite, wobei die Spannung, die am anderen Ende von Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 erzeugt wird, von der Spannung abhängt, die durch Motor MT erzeugt wird, der eine induktive Last ist, wenn ein regenerativer Strom von der induktiven Lastantriebeinheits-20-Seite zu Gleichstromversorgung BT zu fließen beginnt für den Fall, dass der nichtleitende Fehlerzustand in Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 auftritt.
In der induktiven Laststeuerungsvorrichtung 100, in der Brückenschaltung 20 aufgebaut ist mit der Mehrzahl von Schaltelementen, die derart angeordnet sind , dass der regenerative Strom von der induktiven Lastseite fließt zu Gleichstromversorgung BT, wenn Strompfad-Steuereinheit 50 die Steuerung durchführt, um Stromabschalt-FET 41 und Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 leitend zu setzen auf der Grundlage des Befehlssignals von Fehlererkennungseinheit 70, erkennt Spannungs-Erkennungseinheit 60 die Spannungsdifferenz (V2 - V1, zweite Spannungsdifferenz) zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2. Für den Fall, dass die Spannungsdifferenz (V2 - V1, zweite Spannungsdifferenz) größer ist als der zweite Schwellenwert β des Wertes der Hochspannung, der angemessen eingestellt wird durch einen Versuch oder dergleichen, erkennt Fehlererkennungseinheit 70, dass Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 sich in einem nichtleitenden Fehlerzustand befindet. Durch ein Erkennen auf diese Weise ist es möglich, einen nichtleitenden Fehlerzustand von Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 (Schaltelement zur Umkehrverbindungsvermeidung) zu erkennen, wenn ein regenerativer Strom fließt. Brückenschaltung 20 umfasst die Mehrzahl von Schaltelementen, die derart angeordnet sind, dass ein regenerativer Strom von der induktiven Lastseite fließt zu Gleichstromversorgung BT, das heißt, dass beispielsweise Anoden der Dioden, die parallel geschaltet sind mit den hochpotenzialseitigen Schaltelementen Quh, Qvh, und Qwh, die Brückenschaltung 20 bilden, verbunden sind mit der Motor-MT-Seite und dass die Kathoden davon verbunden sind mit der Gleichspannungsseite, und dass ferner Anoden der Dioden, die parallel zu den niederpotenzialseitigen Halbleiterschaltelementen Qul, Qvl, und Qwl angeordnet sind, die Brückenschaltung 20 bilden, mit der Erdseite verbunden sind, und dass Kathoden davon verbunden sind mit der Motor-MT-Seite.
Ein Steuerverfahren und ein Fehlererkennungsverfahren in der induktiven Laststeuerungsvorrichtung 100 wird unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. Der Buchstabe S symbolisiert im Flussdiagramm einen Schritt. In S96, wenn Zündschalter IG des Fahrzeugs angestellt wird, wird jede Einheit mit elektrischem Strom versorgt und der Betrieb wird gestartet, in der induktiven Laststeuerungsvorrichtung 100. In der induktiven Laststeuerungsvorrichtung 100, stellt zunächst in S98 Fehlererkennungseinheit 70 Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 an, um eine Fehlererkennung durchzuführen, was später beschrieben wird. Für den Fall, dass Fehlererkennungseinheit 70 eine Anomalie erkennt, wenn Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 angestellt wird, führt Fehlererkennungseinheit 70 einen ausfallsicheren Betrieb durch, beispielsweise dass Unterbinden des Fahrens des Motors. Für den Fall, dass Fehlererkennungseinheit 70 keine Anomalie erkennt, wird Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit 40 leitend gesetzt, und die induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80 berechnet einen Zielbefehlswert, der ein Strom ist, mit dem Motor MT versorgt wird, auf der Grundlage eines Steuerdrehmomentwertes, der von außen gelesen wird, und eines Rotationswinkels von Motor MT. Ferner berechnet die induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80 einen tatsächlich gemessenen Wert, der zu Motor MT fließt, aus der Spannung, die durch Shunt-Widerstand gelesen wird. Dann gibt die induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80 den tatsächlich gemessenen Wert zurück an die Motorsteuerung, passt den Strom an, der zu Motor MT fließt, und treibt dann Motor MT mittels PWM an. Bis Zündschalter IG abgeschaltet wird, wird diese Steuerreihe wiederholt in einem vorbestimmten Steuerzyklus. Wenn Zündschalter IG abgeschaltet ist, stoppt die induktive Laststeuerungsvorrichtung 100 die Steuerung.
Die induktive Laststeuerungsvorrichtung 100 führt eine Fehlererkennung durch wie in 9 in S100 gezeigt. In S102 prüft die induktive Laststeuerungsvorrichtung 100, ob eine Anomalie erkannt worden ist in der Fehlererkennung. Unter Bezugnahme auf 9 wird ein Fehlererkennungsverfahren beschrieben. Spannungs-Erkennungseinheit 60 misst die erste Spannung V1 und die zweite Spannung V2 in S202 und berechnet die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2 in S204. In Schritt S206 prüft Fehlererkennungseinheit 70, ob Gleichung (2) erfüllt ist. Für den Fall, dass Gleichung (2) erfüllt ist, ermittelt Fehlererkennungseinheit 70, dass sich Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 in einem Aus-Fehlerzustand befindet, in S214. In Schritt S216 informiert Fehlererkennungseinheit 70 die induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80.
Für den Fall, dass Gleichung (2) nicht erfüllt ist, das heißt, wenn Strompfad-Steuereinheit 50 die Steuerung durchführt, um Stromabschalt-FET 41 und Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 leitend zu setzen, erkennt Spannungs-Erkennungseinheit 60 die Spannungsdifferenz (V1 - V2, erste Spannungsdifferenz) zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2, und in einem Fall, bei dem erkannt wird, dass sich Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 nicht in einem nichtleitenden Fehlerzustand befindet, prüft Fehlererkennungseinheit 70, ob Gleichung (4) erfüllt ist oder nicht, in S208. Wenn Gleichung (4) erfüllt ist, in Schritt S214, ermittelt Fehlererkennungseinheit 70, dass sich Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 in einem Aus-Fehlerzustand befindet, und informiert induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80 in Schritt S216. In dieser Ausführungsform wird die in S208 durchgeführte Prüfung zu jedem Steuerzyklus durchgeführt, kann aber durchgeführt werden gemäß des Zeitverlaufs der PWM-Steuerung, der eine Kombination von AN und AUS jedes Treiber-Halbleiterschaltelementes ist, was einen Pfad bewirkt, durch den der regenerative Strom zur Gleichstromversorgung fließt.
Für den Fall, dass Gleichung (4) nicht erfüllt ist, das heißt, wenn Strompfad-Steuereinheit 50 eine Steuerung durchführt, um Stromabschalt-FET 41 und Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 leitend zu setzen, erkennt Spannungs-Erkennungseinheit 60 die Spannungsdifferenz (V2 - V1, zweite Spannungsdifferenz) zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2, und für den Fall, dass erkannt wird, dass Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 sich nicht in einem nichtleitenden Fehlerzustand befindet, ermittelt Fehlererkennungseinheit 70 in S210, dass sich Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 im Normalzustand befindet. Durch Hinzunehmen der Tatsache, dass ein Zustand, der die Gleichung erfüllt, dies auch weiterhin für eine vorbestimmte Zeit tut, kann ermittelt werden, dass sich Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 in einem Aus-Fehlerzustand befindet, in der Ermittlung von S206 oder S208.
Durch Durchführen der Fehlererkennung auf diese Weise, wenn Gleichstromversorgung BT verbunden ist, und Strompfad 30 leitend gesetzt wird, oder wenn ein regenerativer Strom fließt, kann der nichtleitende Fehlerzustand von Umkehrverbindungsvermeidungs-FET 42 (Umkehrverbindungsvermeidungs-Schaltelement) erkannt werden.
Für den Fall, dass Fehlererkennungseinheit 70 die induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80 über das Vorliegen einer Anomalie informiert, wird in Schritt S114 beim Vorliegen einer Anomalie ein ausfallsicherer Betrieb durchgeführt. Beispielsweise wird ein Indikator angestellt, wie etwa das Veranlassen des Treibers, eine Instandhaltungs-Inspektion durchzuführen, oder der Antrieb von Motor MT wird gestoppt. induktive Laststeuerungsvorrichtung 100 beendet daraufhin die Steuerung.
Falls keine Anomalie erkannt wird, führt die induktive Laststeuerungsvorrichtung 100 eine Antriebssteuerung von Motor MT durch. Insbesondere liest die induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80 ein Signal, das erhalten wird von einem Sensor oder einer ECU in S104, und berechnet einen Zielbefehlswert einer relativen Einschaltdauer, der an Vortreibereinheit 90 in S106 ausgegeben wird. Die induktive Lastantriebsteuerungseinheit 80 misst den tatsächlichen Strom, der in jeder Phase von Brückenschaltung 20 und dergleichen fließt, und nimmt den Strom entsprechend in S108 auf, und veranlasst Vortreibereinheit 90, ein PWM-Signal auszugeben zum Antreiben von Motor MT auf der Grundlage des Zielbefehlswertes und des tatsächlich gemessenen Wertes, um Motor MT anzutreiben, in S110. In S112 prüft die induktive Laststeuerungsvorrichtung 100, ob Zündschalter IG abgeschaltet ist oder nicht. Wenn Zündschalter IG angeschaltet bleibt, wiederholt die induktive Laststeuerungsvorrichtung 100 S100 bis S110 und führt immer eine Fehlererkennung durch. Wenn Zündschalter IG ausgeschaltet ist, wird die Steuerung beendet.
Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt, und kann implementiert werden mit Anordnungen innerhalb des Schutzbereichs ohne von den in den jeweiligen Ansprüchen beschriebenen Inhalten abzuweichen. Das heißt, während die vorliegende Erfindung insbesondere erläutert und beschrieben worden ist unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen, ist für den Fachmann offensichtlich, dass diverse Änderungen, Ersetzungen und Wechsel an den Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In der Ausführungsform wird die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2 verwendet, aber es genügt, die erste Spannung V1 und die zweite Spannung V2 zu vergleichen. Zum Beispiel ist der Vergleich einer Spannungsdifferenz zwischen einem Wert, der erhalten wird durch Addieren eines vorbestimmten Wertes zur ersten Spannung V1 und zweiten Spannung V2, mit einem Schwellenwert und dergleichen auch vom Kern der vorliegenden Erfindung erfasst. Der vorbestimmte Wert ist ein Wert, der erhalten wird durch Addieren des Spannungsabfalls zwischen Drain-Anschluss und Source-Anschluss von Stromabschalt-FET 41 und des Vorwärts-Spannungsabfalls der Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitären Diode 44 oder einem Wert, der erhalten wird durch Addieren des Spannungsabfalls zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss von Stromabschalt-FET 41 und dem Vorwärts-Spannungsabfall der Umkehrverbindungsvermeidungs-FET-parasitäre Diode 44. Ein Verhältnis zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2, oder dergleichen kann verwendet werden.
Da bei dieser Ausführungsform das Schaltelement ein FET ist, ist der Spannungsabfall die Spannungsdifferenz zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss, aber ein Relais kann als Schaltelement verwendet werden. Der Spannungsabfall ist in diesem Fall eine Spannungsdifferenz zwischen zwei Kontaktpunkten des Relais.
Wenngleich die Erfindung beschrieben worden ist unter Bezugnahme auf eine begrenzte Zahl von Ausführungsformen, wird der Fachmann im Lichte der Offenbarung erkennen, dass andere Ausführungsformen umgesetzt werden können, die nicht vom Kern der hier offenbarten Erfindung abweichen. Dementsprechend ist der Schutzbereich der Erfindung ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018039848 [0001]
JP 2012065405 A [0003]
JP 2012188101 A [0004]

Claims

Induktive Laststeuerungsvorrichtung umfassend: einen Strompfad, der ausgestaltet ist, um eine externe Gleichstromversorgung und eine induktive Lastantriebeinheit zu verbinden, wobei die induktive Lastantriebeinheit ausgestaltet ist, um eine induktive Last von einer Gleichstromversorgung mit Strom zu versorgen, und um die induktive Last anzutreiben; eine Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit, welche vorgesehen ist in dem Strompfad, und welche ausgestaltet ist, sich mit dem Strompfad zu verbinden oder zu trennen; eine Strompfad-Steuereinheit, welche ausgestaltet ist, ein Öffnen und Schließen der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit zu steuern; eine Spannungs-Erkennungseinheit, welche ausgestaltet ist, eine Spannungsdifferenz zu erkennen zwischen einer ersten Spannung an einem Ende der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit auf einer Gleichstromversorgungs-Seite, und einer zweiten Spannung an einem anderen Ende der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit auf einer induktiven-Lastantriebeinheits-Seite; und eine Fehlererkennungseinheit, welche ausgestaltet ist, einen Fehler der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit zu erkennen, wobei die Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit umfasst: ein erstes Schaltelement; ein zweites Schaltelement, welches in Reihe mit dem ersten Schaltelement geschaltet ist; und eine Diode, welche in Reihe geschaltet ist mit dem ersten Schaltelement und welche parallel geschaltet ist mit dem zweiten Schaltelement, so dass eine Anode der Diode in einer Richtung der Gleichstromversorgung angeordnet ist, und wobei die Fehlererkennungseinheit ausgestaltet ist, auf der Grundlage der Spannungsdifferenz zu erkennen, dass sich das zweite Schaltelement in einem nichtleitenden Fehlerzustand befindet.
Induktive Laststeuerungsvorrichtung umfassend: einen Stromversorgungsanschluss, welcher mit einer externen Gleichstromversorgung verbunden ist; eine induktive Lastantriebeinheit, welche ausgestaltet ist, eine induktive Last mit Strom zu versorgen und die induktive Last anzutreiben; einen Strompfad, welcher ausgestaltet ist, den Stromversorgungsanschluss und die induktive Lastantriebeinheit zu verbinden; eine Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit, welche vorgesehen ist in dem Strompfad, und welche vorgesehen ist, den Strompfad zu verbinden oder zu trennen; eine Strompfad-Steuereinheit, welche vorgesehen ist, ein Öffnen und Schließen der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit zu steuern; eine Spannungs-Erkennungseinheit, welche vorgesehen ist, eine Spannungsdifferenz zu erkennen zwischen einer ersten Spannung, die eine Spannung zwischen der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit und dem Stromversorgungsanschluss ist, und einer zweiten Spannung, die eine Spannung zwischen der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit und der induktiven Lastantriebeinheit ist; und eine Fehlererkennungseinheit, welche ausgestaltet ist, einen Fehler der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit zu erkennen, wobei die Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit umfasst: ein erstes Schaltelement; ein zweites Schaltelement, welches in Reihe mit dem ersten Schaltelement verbunden ist; und eine Diode, welche in Reihe verbunden ist mit dem ersten Schaltelement, und welche parallel verbunden ist mit dem zweiten Schaltelement, so dass eine Anode der Diode angeordnet ist in einer Richtung des Stromversorgungsanschluss, und wobei die Fehlererkennungseinheit ausgestaltet ist, auf der Grundlage der Spannungsdifferenz zu erfassen, dass sich das zweite Schaltelement in einem a nichtleitenden Fehlerzustand befindet.
Induktive Laststeuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spannungs-Erkennungseinheit ausgestaltet ist, um eine erste Spannungsdifferenz zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung zu erkennen, wenn die Strompfad-Steuereinheit eine Steuerung durchführt, um das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement leitend zu setzen, und wobei die Fehlererkennungseinheit ausgestaltet ist, zu erkennen, dass sich das zweite Schaltelement in einem nichtleitenden Fehlerzustand befindet, für den Fall, dass die erste Spannungsdifferenz größer ist als ein vorbestimmter erster Schwellenwert.
Induktive Laststeuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die induktive Lastantriebeinheit eine Brückenschaltung ist, die eine Mehrzahl von Schaltelementen umfasst, welche angeordnet sind, um das Fließen eines regenerativen Stroms von der induktiven Lastseite zur Gleichstromversorgung zu gestatten, wobei die Spannungs-Erkennungseinheit ausgestaltet ist, eine zweite Spannungsdifferenz zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung zu erkennen, wenn die Strompfad-Steuereinheit eine Steuerung durchführt, um die induktive Lastantriebeinheit anzutreiben, indem sie das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement leitend setzt, und wobei die Fehlererkennungseinheit ausgestaltet ist, zu erkennen, dass sich das zweite Schaltelement in einem nichtleitenden Fehlerzustand befindet für den Fall, dass die zweite Spannungsdifferenz größer ist als ein vorbestimmter zweiter Schwellenwert.
Induktive Laststeuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste Schwellenwert größer ist als ein Wert, der erhalten wird durch Addieren eines Spannungsabfalls des ersten Schaltelementes und eines Spannungsabfalls des zweiten Schaltelementes, und kleiner als ein Wert, der erhalten wird durch Addieren des Spannungsabfalls des ersten Schaltelementes und eines Vorwärts-Spannungsabfalls der Diode.
Induktive Laststeuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der zweite Schwellenwert eingestellt wird auf der Grundlage einer Spannung, die erzeugt wird an dem anderen Ende der Strompfad-Öffnungs- und Schliesseinheit auf der induktiven Lastantriebeinheits-Seite, wobei die am anderen Ende erzeugte Spannung von einer Spannung abhängt, die durch die induktive Last erzeugt wird, für den Fall, dass der regenerative Strom nicht zur Gleichstromversorgung fließt durch das zweite Schaltelement aufgrund des nichtleitenden Fehlerzustandes des zweiten Schaltelementes.