DE102021133225A1 - Electronic component for detecting a malfunction of at least one switch of a rectifier for a vehicle - Google Patents

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Pierre Chassard
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Abstract

Elektronisches Bauteil (15) zur Erkennung einer Fehlfunktion von mindestens einem Schalter (5, 6) eines Gleichrichters (3) für ein Fahrzeug, wobei der Gleichrichter (3) mehrere parallel geschaltete Schaltzweige (4) zum Gleichrichten einer am Eingang empfangenen mehrphasigen Wechselspannung in eine Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters (3) aufweist, wobei das Bauteil (15) eingerichtet ist:
- für mindestens eine Phase (8) der am Eingang des Gleichrichters (3) empfangenen Wechselspannung die Spannungsamplitude zwischen dem Eingangsleiter (7) dieser Phase in den Gleichrichter (3) und der Masse zu messen,
- diese Amplitude mit dem Wert der Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters (3) zu vergleichen und
- eine Fehlfunktion an mindestens einem der Schalter (5, 6) des dieser Phase (8) zugeordneten Schaltzweigs (4) zu erkennen, wenn das Ergebnis dieses Vergleichs über einer vordefinierten Spannungsschwelle (23) liegt.

Figure DE102021133225A1_0000
Electronic component (15) for detecting a malfunction of at least one switch (5, 6) of a rectifier (3) for a vehicle, the rectifier (3) having a plurality of switching branches (4) connected in parallel for rectifying a multi-phase AC voltage received at the input into a DC voltage at the output of the rectifier (3), the component (15) being set up:
- for at least one phase (8) of the AC voltage received at the input of the rectifier (3), to measure the voltage amplitude between the input conductor (7) of this phase in the rectifier (3) and the ground,
- compare this amplitude with the value of the DC voltage at the output of the rectifier (3) and
- detecting a malfunction in at least one of the switches (5, 6) of the switching branch (4) assigned to this phase (8) if the result of this comparison is above a predefined voltage threshold (23).
Figure DE102021133225A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil zur Erkennung einer Fehlfunktion von mindestens einem Schalter eines Gleichrichters für ein Fahrzeug. Das Bauteil ist z. B. integriert in einen Spannungsregler eines Wechselstromgenerators eines Kraftfahrzeugs oder Lastkraftwagens.The present invention relates to an electronic component for detecting a malfunction of at least one switch of a rectifier for a vehicle. The component is z. B. integrated into a voltage regulator of an alternator of a motor vehicle or truck.

Es ist bekannt, einen solcher Regler zu verwenden, um den Erregerstrom der elektrischen Wicklung des Rotors einer drehenden elektrischen Maschine zu regeln, um die Gleichspannung im Bordnetz eines Fahrzeugs in einem akzeptablen Wertebereich zu halten.It is known to use such a regulator to regulate the excitation current of the electrical winding of the rotor of a rotating electrical machine in order to keep the DC voltage in the vehicle electrical system within an acceptable range of values.

In der Anmeldung WO2016/170262 ist ein Beispiel eines Spannungsreglers offenbart.In the registration WO2016/170262 an example of a voltage regulator is disclosed.

Dieser Regler ist mit einem Gleichrichter verbunden, der am Eingang eine mehrphasige Wechselspannung von der elektrischen Statorwicklung eines Wechselstromgenerators erhält und am Ausgang eine Gleichspannung liefert, die das Bordnetz des Fahrzeugs und seine verschiedenen Verbraucher, wie z. B. ein Beleuchtungssystem, eine elektrische Servolenkung, eine Bremsanlage, eine Klimaanlage oder ein Autoradio versorgt.This regulator is connected to a rectifier, which receives a multi-phase AC voltage from the electrical stator winding of an AC generator at the input and supplies a DC voltage at the output, which the vehicle's electrical system and its various consumers, such as. B. supplies a lighting system, electric power steering, a brake system, air conditioning or a car radio.

Der Gleichrichter weist mehrere Zweige auf, z. B. drei Zweige in dem Fall, dass die elektrische Statorwicklung dreiphasig ist, wobei jeder dieser Zweige zwei Schalter aufweist, von denen einer mit dem Pluspol der Gleichspannung und der andere mit der Masse verbunden ist. Diese Schalter sind zum Beispiel Dioden. Wenn in einem der Schalter eine Fehlfunktion auftritt, verhält sich dieser möglicherweise nicht wie erwartet und zeigt einen leitenden oder blockierenden Zustand, der aufgrund der Strom-Spannungs-Kennlinie dieses Schalters nicht zu erwarten ist. Aufgrund dieser Fehlfunktion kann sich der Schalter wie ein Kurzschluss oder wie ein Leerlauf verhalten. Beispielsweise kann im Fall von Dioden die Fehlfunktion einer Diode in einem Zweig die Verteilung des in den anderen Zweigen des Gleichrichters induzierten Stroms verändern und dementsprechend das Risiko der Fehlfunktion eines Schalters in einem anderen Zweig erhöhen.The rectifier has several branches, e.g. B. three branches in the case that the electrical stator winding is three-phase, each of these branches having two switches, one connected to the positive pole of the DC voltage and the other to the ground. These switches are, for example, diodes. If a malfunction occurs in one of the switches, it may not behave as expected, exhibiting a conducting or blocking condition that is not expected based on the current-voltage characteristics of that switch. Due to this malfunction, the switch can behave like a short circuit or like an open circuit. For example, in the case of diodes, the malfunction of a diode in one branch can change the distribution of the current induced in the other branches of the rectifier and accordingly increase the risk of a switch malfunction in another branch.

Es besteht somit das Risiko, dass die vom Wechselstromgenerator an das Bordnetz gelieferte Spannung nicht ausreicht. Da sich in diesem Bordnetz Verbraucher befinden, die Sicherheitsanforderungen erfüllen müssen, kann die Sicherheit des Fahrzeugs beeinträchtigt werden. Um dieses Problem zu überwinden, offenbart die Anmeldung DE10 2018 215 901 die Messung der Spannung zwischen dem Phasenleiter einer Phase des Wechselstromgenerators und der Masse und, sobald das Tastverhältnis dieser Spannung von 50 % abweicht, eine Meldung zu erzeugen, die eine Fehlfunktion im Gleichrichter angibt. Diese Lösung erfordert die Messung der Periode der Spannung zwischen dem Phasenleiter und der Masse und die Durchführung von Divisionen, um das Tastverhältnis zu berechnen.There is therefore a risk that the voltage supplied by the alternator to the vehicle electrical system will not be sufficient. Since there are consumers in this vehicle electrical system that have to meet safety requirements, the safety of the vehicle can be impaired. To overcome this problem the application discloses DE10 2018 215 901 to measure the voltage between the phase conductor of one phase of the alternator and the ground and, as soon as the duty cycle of this voltage differs from 50%, to generate a message indicating a malfunction in the rectifier. This solution requires measuring the period of the voltage between the phase conductor and ground and performing division to calculate the duty cycle.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannte Lösung weiter zu verbessern, und sie erreicht dies gemäß einem ihrer Aspekte mithilfe eines elektronischen Bauteils zur Erkennung einer Fehlfunktion von mindestens einem Schalter eines Gleichrichters für ein Fahrzeug, wobei der Gleichrichter mehrere parallel geschaltete Schaltzweige zum Gleichrichten einer am Eingang empfangenen mehrphasigen Wechselspannung in eine Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters aufweist, wobei das Bauteil eingerichtet ist:

  • - für mindestens eine Phase der am Eingang des Gleichrichters empfangenen Wechselspannung die Spannungsamplitude zwischen dem Eingangsleiter dieser Phase in den Gleichrichter und der Masse zu messen,
  • - diese Amplitude mit dem Wert der Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters zu vergleichen und
  • - eine Fehlfunktion an mindestens einem der Schalter des dieser Phase zugeordneten Schaltzweigs zu erkennen, wenn das Ergebnis dieses Vergleichs über einer vordefinierten Spannungsschwelle liegt.
The object of the invention is to further improve the above solution and, according to one of its aspects, it achieves this by means of an electronic component for detecting a malfunction of at least one switch of a rectifier for a vehicle, the rectifier having a plurality of switching branches connected in parallel for rectifying a multiphase AC voltage received at the input into a DC voltage at the output of the rectifier, the component being set up:
  • - for at least one phase of the AC voltage received at the input of the rectifier, measure the voltage amplitude between the input conductor of this phase into the rectifier and the ground,
  • - compare this amplitude with the value of the DC voltage at the output of the rectifier and
  • - detect a malfunction in at least one of the switches of the switching branch associated with this phase if the result of this comparison is above a predefined voltage threshold.

Die Erfindung ermöglicht es somit, durch einfache Vergleiche eine Fehlfunktion an einem Schalter des Gleichrichters festzustellen. Wenn an einem Schalter eines Zweigs eine Fehlfunktion auftritt, die ihn in einen Leerlaufzustand versetzt, nimmt die Spannung an den Anschlüssen dieses Schalters einen solchen Wert an, dass sich der Wert der Spannung zwischen dem Eingangsleiter dieser Phase in den Gleichrichter und der Masse erhöht und weit über die Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters steigt. Falls das Bordnetz des Fahrzeugs eine Nennspannung von 12 V hat, kann diese Spannung zwischen dem Eingangsleiter dieser Phase in den Gleichrichter und der Masse 18 V überschreiten.The invention thus makes it possible to determine a malfunction in a switch of the rectifier by simple comparisons. If a branch switch malfunctions, putting it in an open circuit state, the voltage across the terminals of this switch will acquire such a value that the value of the voltage between the input conductor of this phase into the rectifier and ground will increase and far rises above the DC voltage at the output of the rectifier. If the vehicle's electrical system has a nominal voltage of 12 V, this voltage between the input conductor of this phase into the rectifier and ground can exceed 18 V.

Die Schalter des Gleichrichters sind zum Beispiel alle vom gleichen Typ. Dabei handelt es sich zum Beispiel ausschließlich um Dioden oder Zenerdioden oder Transistoren.For example, the rectifier switches are all of the same type. These are, for example, exclusively diodes or zener diodes or transistors.

Die Bestimmung der Spannungsamplitude zwischen dem Eingangsleiter der Phase in den Gleichrichter und der Masse kann für jede Periode der betrachteten Wechselspannung in einem festen oder variablen Periodenintervall oder über mehrere aufeinanderfolgende Perioden erfolgen.The voltage amplitude between the input conductor of the phase into the rectifier and ground can be determined for each period of the AC voltage under consideration in a fixed or variable period interval or over several consecutive periods.

Die vordefinierte Spannungsschwelle kann zwischen 1 V und 5 V liegen, wobei sie insbesondere gleich 2 V ist.The predefined voltage threshold can be between 1V and 5V, in particular it is equal to 2V.

Der Vergleich zwischen der Spannungsamplitude für die Phase und dem Wert der Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters kann erfolgen:

  • - durch Addieren der vordefinierten Spannungsschwelle zum Wert der Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters und durch Untersuchung, ob das Ergebnis dieser Addition größer ist als der Wert der Spannungsamplitude für die Phase oder,
  • - durch Untersuchung, ob die Differenz zwischen dem Wert der Spannungsamplitude für die Phase und dem Wert der Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters größer ist als die vordefinierte Spannungsschwelle.
The comparison between the voltage amplitude for the phase and the value of the DC voltage at the output of the rectifier can be made:
  • - by adding the predefined voltage threshold to the value of the DC voltage at the output of the rectifier and by examining whether the result of this addition is greater than the value of the voltage amplitude for the phase or,
  • - by examining whether the difference between the value of the voltage amplitude for the phase and the value of the DC voltage at the output of the rectifier is greater than the predefined voltage threshold.

Das Bauteil kann eingerichtet sein, für eine erste Phase der am Eingang des Gleichrichters empfangenen Wechselspannung die Spannungsamplitude zwischen dem Eingangsleiter dieser ersten Phase in den Gleichrichter und der Masse zu messen, für eine zweite Phase dieser Wechselspannung die Spannungsamplitude zwischen dem Eingangsleiter dieser zweiten Phase in den Gleichrichter und der Masse zu messen und eine Fehlfunktion an mindestens einem Schalter des dieser ersten Phase zugeordneten Schaltzweigs oder an mindestens einem der Schalter des dieser zweiten Phase zugeordneten Schaltzweigs zu erkennen, nachdem jede dieser Amplituden mit dem Wert der Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters verglichen wurde.The component can be set up to measure, for a first phase of the AC voltage received at the input of the rectifier, the voltage amplitude between the input conductor of this first phase into the rectifier and ground, for a second phase of this AC voltage, the voltage amplitude between the input conductor of this second phase into the rectifier and ground and to detect a malfunction in at least one switch in the circuit associated with this first phase or in at least one of the switches in the circuit associated with this second phase, after comparing each of these amplitudes with the value of the DC voltage at the output of the rectifier.

Gegebenenfalls wird jede Phase der elektrischen Statorwicklung von dem elektronischen Bauteil überwacht.If necessary, each phase of the electrical stator winding is monitored by the electronic component.

Die gleiche vordefinierte Spannungsschwelle wird beispielsweise für alle Phasen der elektrischen Statorwicklung verwendet.For example, the same predefined voltage threshold is used for all phases of the electric stator winding.

Die Spannungsschwelle wird beispielsweise in einem Speicher des elektronischen Bauteils registriert. Diese vordefinierte Spannungsschwelle kann konstant bleiben. Je nachdem, welchen Wert man für diese Spannungsschwelle wählt, kann man die Empfindlichkeit der realisierten Erkennung einstellen. Alternativ kann die vordefinierte Spannungsschwelle variieren, z. B. von einer Periode zur anderen oder in Abhängigkeit von einer empfangenen Vorgabe. Diese Variation kann innerhalb eines vordefinierten Wertebereichs liegen.The voltage threshold is registered, for example, in a memory of the electronic component. This predefined voltage threshold can remain constant. Depending on the value chosen for this voltage threshold, the sensitivity of the realized detection can be adjusted. Alternatively, the predefined voltage threshold may vary, e.g. B. from one period to another or depending on a received specification. This variation can be within a predefined range of values.

In all dem Vorstehenden kann der Wert der gemessenen Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters der Mittelwert dieser Spannung am Ausgang des Gleichrichters sein. Das elektronische Bauteil kann ein numerischer Verarbeitungsschaltkreis sein, der durch Logikgatter, Zähler und einen Speicher gebildet ist. Das elektronische Bauteil ist zum Beispiel ein integrierter Schaltkreis vom Typ ASIC (auf Englisch „Application-specific integrated circuit“).In all of the above, the value of the measured DC voltage at the output of the rectifier can be the mean value of this voltage at the output of the rectifier. The electronic component can be a numerical processing circuit formed by logic gates, counters and a memory. The electronic component is, for example, an integrated circuit of the ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) type.

Die Erfindung hat ferner gemäß einem weiteren seiner Aspekte einen Regler für einen Fahrzeugwechselstromgenerator zum Gegenstand, der das oben genannte elektronische Bauteil aufweist.The subject of the invention is also, according to another of its aspects, a regulator for a vehicle alternator comprising the electronic component mentioned above.

Der Regler kann in bekannter Weise auf den Erregerstrom des Rotors des Wechselstromgenerators einwirken, z. B. durch Beeinflussung des Tastverhältnisses dieses Stroms. Die Beeinflussung dieses Erregerstroms erlaubt somit, die Spannung des Bordnetzes zu regeln.The regulator can act on the excitation current of the rotor of the alternator in a known manner, e.g. B. by influencing the duty cycle of this current. Influencing this excitation current thus allows the voltage of the vehicle electrical system to be regulated.

Das elektronische Bauteil kann, zusätzlich zu dem zuvor Gesagten, ebenfalls eingerichtet sein, den Erregerstrom des Rotors des Wechselstromgenerators zu regeln. In einem solchen Fall ist das elektronische Bauteil in die Steuereinheit des Reglers integriert, wobei Letzterer z. B. ein integrierter Schaltkreis wie ein ASIC ist. Ein solcher Fall kann ermöglichen, die Kosten des Reglers zu senken und seine Zuverlässigkeit zu erhöhen, da dann nur ein einziges elektronisches Bauteil verwendet wird, anstatt zwei voneinander verschiedenen Einheiten, die miteinander verbunden sind.In addition to what has been said previously, the electronic component can also be arranged to regulate the excitation current of the rotor of the alternator. In such a case, the electronic component is integrated into the control unit of the regulator, the latter e.g. B. is an integrated circuit such as an ASIC. Such a case can make it possible to reduce the cost of the regulator and increase its reliability, since only a single electronic component is then used instead of two distinct units connected to one another.

Alternativ kann der Regler eine vom elektronischen Bauteil verschiedene Steuereinheit aufweisen, wobei diese Steuereinheit eingerichtet ist, den Erregerstrom des Rotors des Wechselstromgenerators zu regeln. So können das elektronische Bauteil und die Steuereinheit allein in Abhängigkeit der ihnen zugewiesenen Aufgabe ausgewählt werden. Die Verwendung einer vom elektronischen Bauteil verschiedenen Steuereinheit kann darüber hinaus ermöglichen, erheblich höhere Werte des Erregerstroms des Rotors des Wechselstromgenerators zu verarbeiten.Alternatively, the regulator can have a control unit that is different from the electronic component, this control unit being set up to regulate the excitation current of the rotor of the alternator. Thus, the electronic component and the control unit can be selected solely depending on the task assigned to them. The use of a control unit different from the electronic component can also make it possible to process significantly higher values of the excitation current of the alternator rotor.

Die Erfindung hat neben anderen ihrer Aspekte außerdem einen Wechselstromgenerator zum Gegenstand, aufweisend:

  • - einen Stator aufweisend eine mehrphasige elektrische Wicklung,
  • - einen Rotor aufweisend eine elektrische Wicklung, die von einem Erregerstrom durchflossen ist,
  • - einen Gleichrichter mit mehreren parallel geschalteten Schaltzweigen, um die in der elektrischen Wicklung des Stators induzierte mehrphasige Wechselspannung, die am Eingang empfangen wird, in eine Gleichspannung am Ausgang gleichzurichten, und
  • - den Regler, wie er vorstehend definiert ist.
The subject of the invention, among other aspects thereof, is also an alternator comprising:
  • - a stator having a multi-phase electrical winding,
  • - A rotor having an electrical winding through which an excitation current flows,
  • - a rectifier with several switching branches connected in parallel in order to rectify the polyphase AC voltage induced in the electrical winding of the stator, received at the input, into a DC voltage at the output, and
  • - the controller as defined above.

Die Phasen der elektrischen Statorwicklung können in Stern oder Dreieck geschaltet werden.The phases of the electrical stator winding can be connected in star or delta.

Die elektrische Statorwicklung ist z. B. dreiphasig oder kann zwei Dreiphasensysteme definieren.The electrical stator winding is z. B. three-phase or can define two three-phase systems.

Der Rotor der elektrischen Maschine ist zum Beispiel ein Klauenrotor, wobei dieser Rotor zwei zusammengesetzte Polräder aufweist. Der Rotor kann einen Kern aufweisen, der gegebenenfalls durch das Zusammenfügen von Teilen gebildet ist, die jeweils zu einem der Polräder gehören, wobei die vom Erregerstrom durchflossene elektrische Wicklung des Rotors unter Zwischenschaltung eines Isolators um diesen Kern herum angeordnet sein kann.The rotor of the electrical machine is, for example, a claw rotor, with this rotor having two compound magnet wheels. The rotor may have a core, optionally formed by the assembly of parts each belonging to one of the pole wheels, it being possible for the electrical winding of the rotor through which the excitation current flows to be arranged around this core with the interposition of an insulator.

Das elektronische Bauteil kann eingerichtet sein, die Erkennung der Fehlfunktion von mindestens einem der Schalter des Gleichrichters nur dann auszuführen, wenn mindestens eine vordefinierte Bedingung als erfüllt erkannt wird, wobei diese vordefinierte Bedingung wenigstens eine der folgenden ist:

  • - die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors ist größer als eine vorgegebene Geschwindigkeit,
  • - das Tastverhältnis des Erregerstroms des Rotors ist größer als ein vordefinierter Tastverhältniswert, und
  • - der Wert der Ausgangsspannung des Gleichrichters (3) ist größer als ein vordefinierter Spannungswert.
The electronic component can be set up to only carry out the detection of the malfunction of at least one of the switches of the rectifier if at least one predefined condition is detected as being fulfilled, this predefined condition being at least one of the following:
  • - the rotation speed of the rotor is greater than a specified speed,
  • - the duty cycle of the excitation current of the rotor is greater than a predefined duty cycle value, and
  • - the value of the output voltage of the rectifier (3) is greater than a predefined voltage value.

Die Überprüfung dieser vordefinierten Bedingung oder Bedingungen erlaubt es sicherzustellen, dass die Erkennung von Fehlfunktionen nur dann erfolgt, wenn der Wechselstromgenerator Strom liefert. Diese Bedingung oder Bedingungen ermöglichen es, dass die Erkennung von Fehlfunktionen nicht beim Anlassen des Generators oder wenn der Rotor mit niedrigen Drehzahlen läuft angewendet wird. Die vordefinierte Geschwindigkeit liegt zum Beispiel zwischen 800 U/min und 1200 U/min, wobei sie zum Beispiel in der Größenordnung von 1000 U/min liegt.Checking this predefined condition or conditions allows to ensure that the detection of malfunctions only occurs when the alternator is supplying power. This condition or conditions allow the malfunction detection not to be applied during generator start-up or when the rotor is running at low speeds. The predefined speed is, for example, between 800 rpm and 1200 rpm, being for example of the order of 1000 rpm.

Der vordefinierte Wert für das Tastverhältnis ist beispielsweise größer oder gleich 10 %.For example, the predefined value for the duty cycle is greater than or equal to 10%.

Der vordefinierte Spannungswert ist z. B. der Wert der Nennspannung auf dem Bordnetz, z. B. 12 V oder 48 V.The predefined voltage value is e.g. B. the value of the nominal voltage on the vehicle electrical system, z. B. 12V or 48V.

Die Erfindung hat neben anderen ihrer Aspekte außerdem ein Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion von mindestens einem Schalter eines Gleichrichters für ein Fahrzeug zum Gegenstand, wobei der Gleichrichter mehrere parallel geschaltete Schaltzweige zum Gleichrichten einer mehrphasigen, an den Anschlüssen einer elektrischen Wicklung des Stators induzierten und am Eingang des Gleichrichters empfangenen Wechselspannung in eine Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters aufweist, wobei in dem Verfahren:

  • - für mindestens eine Phase der am Eingang des Gleichrichters empfangenen Wechselspannung die Spannungsamplitude zwischen dem Eingangsleiter dieser Phase in den Gleichrichter und der Masse gemessen wird,
  • - diese Amplitude mit dem Wert der Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters verglichen wird, und
  • - eine Fehlfunktion an mindestens einem der Schalter des dieser Phase zugeordneten Schaltzweigs erkannt wird, wenn das Ergebnis dieses Vergleichs größer als eine vordefinierte Spannungsschwelle ist.
The subject of the invention, in addition to other of its aspects, is a method for detecting a malfunction of at least one switch of a rectifier for a vehicle, the rectifier having a plurality of switching branches connected in parallel for rectifying a polyphase induced at the terminals of an electrical winding of the stator and at the input AC voltage received from the rectifier into a DC voltage at the output of the rectifier, wherein in the method:
  • - for at least one phase of the AC voltage received at the input of the rectifier, the voltage amplitude is measured between the input conductor of this phase in the rectifier and the ground,
  • - this amplitude is compared with the value of the DC voltage at the output of the rectifier, and
  • - A malfunction is detected in at least one of the switches of the switching branch associated with this phase if the result of this comparison is greater than a predefined voltage threshold.

Alles oder einiges von dem, was zuvor in Zusammenhang mit dem elektronischen Bauteil dargelegt wurde, gilt auch für diesen weiteren Aspekt der Erfindung.All or some of what was previously stated in connection with the electronic component also applies to this further aspect of the invention.

Die Erfindung kann besser verstanden werden, wenn man die folgende Beschreibung nicht einschränkender Beispiele der Erfindung liest und die beigefügten Zeichnungen betrachtet, in denen:

  • - [1] schematisch einen Wechselstromgenerator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
  • - [2], ähnlich wie 1, einen Wechselstromgenerator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
  • - [3] eine erste Variante des vom elektronischen Bauteil durchgeführten Vergleichs in Form von Blockdiagrammen zeigt; und
  • - [4], ähnlich wie in 3, eine zweite Variante des vom elektronischen Bauteil durchgeführten Vergleichs zeigt.
The invention can be better understood by reading the following description of non-limiting examples of the invention and by observing the accompanying drawings, in which:
  • - [ 1 ] shows schematically an alternator according to a first embodiment of the invention,
  • - [ 2 ], similar to 1 , an alternator according to a second embodiment of the invention shows,
  • - [ 3 ] shows a first variant of the comparison performed by the electronic component in the form of block diagrams; and
  • - [ 4 ], similar to in 3 , shows a second variant of the comparison carried out by the electronic component.

In 1 ist ein Wechselstromgenerator 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In bekannter Weise erlaubt es dieser Wechselstromgenerator elektrischen Strom zu erzeugen, um ein Bordnetz 2 eines Fahrzeugs zu versorgen, entweder um die Batterie dieses Bordnetzes zu laden oder um die Verbraucher dieses Bordnetzes direkt zu versorgen, Letztere beispielsweise umfassend das Beleuchtungssystem, das elektrische Servolenkungssystem, das Bremssystem, die Klimaanlage und das Autoradiosystem des Fahrzeugs. Dieses Bordnetz hat zum Beispiel eine Nennspannung von 12 V.In 1 1 shows an alternator 1 according to a first embodiment of the invention. In a known manner, this alternator makes it possible to generate electricity to power an on-board network 2 of a vehicle, either to charge the battery of this on-board network or to directly power the consumers of this on-board network, the latter comprising, for example, the lighting system, the electric power steering system, the braking system, the air conditioning system and the car radio system of the vehicle. This vehicle electrical system has a nominal voltage of 12 V, for example.

Dieses Bordnetz 2 befindet sich hier am Ausgang eines Gleichrichters 3, der am Eingang eine mehrphasige, im betrachteten Beispiel dreiphasige Wechselspannung erhält, die an den Anschlüssen der elektrischen Statorwicklung dieses Wechselstromgenerators induziert wird. Der Gleichrichter 3 besteht hier aus drei Zweigen 4, wobei jeder Zweig 4 zwei in Reihe geschaltete Schalter 5 und 6 aufweist. Für jeden Zweig 4 ist der Schalter 5 zwischen dem Pluspol des Bordnetzes 2 und einem Knoten angeordnet, der mit dem Phaseneingangsleiter 7 verbunden ist, und der Schalter 6 ist zwischen diesem Knoten und der Masse angeordnet. Jeder Schalter 5 ist z. B. eine Diode, aber die Erfindung ist nicht auf eine solche Ausführung beschränkt. Alternativ kann jeder Schalter ein Transistor sein, wobei der Gleichrichter dann eine synchrone Gleichrichtung durchführtThis vehicle electrical system 2 is located here at the output of a rectifier 3, which receives a multi-phase, three-phase AC voltage in the example under consideration at the input, which is induced at the terminals of the electrical stator winding of this alternator. The rectifier 3 consists here of three branches 4, each branch 4 having two switches 5 and 6 connected in series. For each branch 4, the switch 5 is placed between the positive pole of the on-board network 2 and a node connected to the phase input conductor 7, and the switch 6 is placed between this node and ground. Each switch 5 is z. B. a diode, but the invention is not limited to such an embodiment. Alternatively, each switch can be a transistor, in which case the rectifier performs synchronous rectification

Über ihren Phaseneingangsleiter 7 ist jede Phase 8 der elektrischen Statorwicklung mit dem Gleichrichter 3 verbunden. Die Phasen 8 sind im betrachteten Beispiel im Stern verschaltet.Each phase 8 of the electrical stator winding is connected to the rectifier 3 via its phase input conductor 7 . The phases 8 are star-connected in the example under consideration.

Der Rotor des Wechselstromgenerators ist klauenförmig, aufweisend zwei miteinander verbundene Polräder. Dieser Rotor hat einen Kern, um den eine elektrische Erregerwicklung 12 gewickelt ist.The rotor of the alternator is claw-shaped, having two interconnected pole wheels. This rotor has a core around which an electric field winding 12 is wound.

Der Wechselstromgenerator 1 weist außerdem einen Regler 13 auf, der in bekannter Weise eine Regelung des in der Rotorwicklung 12 fließenden Erregerstroms gewährleistet, indem er auf das Tastverhältnis dieses Stroms einwirkt. Diese Regelung wird z. B. durch eine Steuereinheit des Reglers gewährleistet, die z. B. eine integrierte Schaltung wie ein ASIC ist.The alternator 1 also includes a regulator 13 which, in a known manner, regulates the excitation current flowing in the rotor winding 12 by acting on the duty cycle of this current. This rule is z. B. ensured by a control unit of the controller, the z. B. is an integrated circuit such as an ASIC.

Erfindungsgemäß ist die Erkennung einer Fehlfunktion in einem oder mehreren Schaltern 5, 6 des Gleichrichters 3 möglich.According to the invention, a malfunction in one or more switches 5, 6 of the rectifier 3 can be detected.

In dem Beispiel von 1 wird diese Erkennung durch ein elektronisches Bauteil 15 ermöglicht, das von der Steuereinheit 18 des Reglers 13 verschieden ist. Dieses elektronische Bauteil 15 ist z. B. eine integrierte Schaltung wie ein ASIC, der aus Logikgatter, Zähler und einem Speicher gebildet ist, wie später noch erläutert wird. Die Funktionsweise dieses elektronischen Bauteils wird nun unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben.In the example of 1 this recognition is made possible by an electronic component 15 which is different from the control unit 18 of the regulator 13 . This electronic component 15 is z. B. an integrated circuit such as an ASIC, which is formed of logic gates, counters and a memory, as will be explained later. The functioning of this electronic component will now be described with reference to FIG 3 and 4 described.

In dem in 1 dargestellten Beispiel ist das elektronische Bauteil 15 eingerichtet:

  • - für eine erste Phase 8 der elektrischen Statorwicklung die Spannungsamplitude zwischen dem Eingangsleiter 7 dieser ersten Phase 8 in den Gleichrichter 3 und der Masse zu messen,
  • - für eine zweite Phase 8 der elektrischen Statorwicklung die Spannungsamplitude zwischen dem Eingangsleiter 7 dieser zweiten Phase 8 in den Gleichrichter 3 und der Masse zu messen, und
  • - jede dieser Amplituden mit dem Wert der Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters 3 zu vergleichen.
in the in 1 example shown, the electronic component 15 is set up:
  • - for a first phase 8 of the electric stator winding, measure the voltage amplitude between the input conductor 7 of this first phase 8 in the rectifier 3 and the ground,
  • - for a second phase 8 of the electric stator winding, measure the voltage amplitude between the input conductor 7 of this second phase 8 in the rectifier 3 and the ground, and
  • - to compare each of these amplitudes with the value of the DC voltage at the output of the rectifier 3.

Diese Messung der Spannungsamplitude zwischen dem Eingangsleiter 7 und der Masse für eine Phase 8 wird von einem Block 20 gemäß der funktionalen Darstellung in 3 durchgeführt, die sich auf die erste Phase 8 bezieht, aber in ähnlicher Weise auch auf die zweite Phase 8 Anwendung findet. Der Block 21 führt hier eine Messung des Mittelwerts der Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters 3 aus.This measurement of the voltage amplitude between the input conductor 7 and the ground for a phase 8 is carried out by a block 20 according to the functional representation in FIG 3 carried out, which relates to the first phase 8, but applies in a similar way to the second phase 8 as well. The block 21 here carries out a measurement of the mean value of the direct voltage at the output of the rectifier 3 .

Im Beispiel der 3 wird von der Amplitude am Ausgang des Blocks 20 durch einen Operator 22, der z. B. ein Operationsverstärker ist, der Mittelwert am Ausgang des Blocks 21, subtrahiert.In the example of 3 is derived from the amplitude at the output of block 20 by an operator 22, z. B. is an operational amplifier, the mean value at the output of block 21 is subtracted.

Das elektronische Bauteil ist außerdem eingerichtet, über einen Komparator 24 zu vergleichen:

  • - einen ersten Eingang, welcher der Ausgang des Blocks 22 ist und
  • - einen zweiten Eingang, der eine vordefinierte Spannungsschwelle 23 ist, die beispielsweise in einem Speicher des elektronischen Bauteils 15 gespeichert ist, wobei diese Spannungsschwelle 23 konstant oder variabel sein kann. Im dargestellten Beispiel ist der Wert dieser vordefinierten Spannungsschwelle 23 gleich 2 V.
The electronic component is also set up to compare via a comparator 24:
  • - a first input which is the output of block 22 and
  • a second input, which is a predefined voltage threshold 23, stored for example in a memory of the electronic component 15, this voltage threshold 23 being able to be constant or variable. In the example shown, the value of this predefined voltage threshold 23 is equal to 2 V.

Das elektronische Bauteil 15 kann nach der Verarbeitung durch den Block 25 noch eine Fehlfunktionsmeldung erzeugen. Dieser Block 25 kann eine solche Meldung dann erzeugen, wenn aus dem vom Block 24 durchgeführten Vergleich hervorgeht, dass die Differenz zwischen der Spannungsamplitude vom Eingangsleiter 7 einer der Phasen zur Masse und dem Mittelwert der Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters 3 größer als die vordefinierte Spannungsschwelle ist, hier 2 V. Gegebenenfalls erzeugt der Block 25 keine Fehlermeldung, wenn das oben erwähnte Vergleichsergebnis nicht für eine bestimmte Zeitdauer, z. B. 500 ms oder mehr, bestätigt wird.After processing by block 25, the electronic component 15 can still generate a malfunction message. This block 25 can generate such a message if the comparison performed by block 24 shows that the difference between the voltage amplitude from the input conductor 7 of one of the phases to ground and the mean value of the DC voltage at the output of the rectifier 3 is greater than the predefined voltage threshold , here 2 V. If necessary, block 25 does not generate an error message if the above-mentioned comparison result is not available for a certain period of time, e.g. B. 500 ms or more, is confirmed.

4 zeigt eine Variante, die durch das mit Bezug auf 1 beschriebene elektronische Bauteil 15 realisiert werden kann. Im Gegensatz zu dem, was in Bezug auf 3 beschrieben wurde, wird die Spannungsamplitude zwischen dem Eingangsleiter 7 einer der Phasen und der Masse am Ausgang des Blocks 20 nicht mit dem Mittelwert der Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters 3 verglichen. Die vordefinierte Spannungsschwelle 23 wird nämlich dem Mittelwert der Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters hinzuaddiert, wie sie von Block 21 durch einen Operator 21 gemessen wurde. Es ist der Ausgang dieses Operators 22, der als zweiter Eingang des Komparators 24 empfangen wird. Der Block 25 kann eine solche Meldung erzeugen, wenn sich aus dem von Block 24 durchgeführten Vergleich ergibt, dass die Differenz zwischen der Spannungsamplitude zwischen dem Eingangsleiter 7 einer der Phasen und der Masse und dem Ausgang des Blocks 22 größer als 0 V ist. 4 shows a variant by referring to the 1 described electronic component 15 can be realized. Contrary to what regarding 3 has been described, the voltage amplitude between the input conductor 7 of one of the phases and the ground at the output of the block 20 is not compared with the mean value of the DC voltage at the output of the rectifier 3 chen. Namely, the predefined voltage threshold 23 is added to the mean value of the DC voltage at the output of the rectifier as measured by block 21 by an operator 21 . It is the output of this operator 22 that is received as the second input of the comparator 24. Block 25 can generate such a message if the comparison made by block 24 shows that the difference between the voltage amplitude between the input conductor 7 of one of the phases and ground and the output of block 22 is greater than 0V.

Der Betrieb des elektronischen Bauteils 15, der mit Verweis auf die 3 und 4 beschrieben wurde, muss nicht unbedingt dauerhaft erfolgen. Dieser Betrieb kann auch nur dann erfolgen, wenn mindestens eine der folgenden vordefinierten Bedingungen erfüllt ist:

  • - die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors ist größer als eine vordefinierte Geschwindigkeit,
  • - das Tastverhältnis des Erregerstroms des Rotors ist größer als ein vordefinierter Tastverhältniswert, und
  • - der Wert der Ausgangsspannung des Gleichrichters ist größer als ein vordefinierter Spannungswert.
The operation of the electronic component 15 described with reference to FIG 3 and 4 described does not necessarily have to be permanent. This operation can only take place if at least one of the following predefined conditions is met:
  • - the rotation speed of the rotor is greater than a predefined speed,
  • - the duty cycle of the excitation current of the rotor is greater than a predefined duty cycle value, and
  • - the value of the output voltage of the rectifier is greater than a predefined voltage value.

Die Erfindung ist nicht auf das soeben beschriebene Beispiel beschränkt.The invention is not limited to the example just described.

Insbesondere kann das elektronische Bauteil 15 im Gegensatz zu dem, was in 1 gezeigt ist, gegen die Steuereinheit 18 des Reglers 13 ausgewechselt werden. Ein solches Beispiel ist in 2 dargestellt. Der Betrieb eines solchen elektronischen Bauteils kann genauso sein, wie er mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben wurde. In diesem Fall kann ein und derselbe Mikrochip dann die Regelung des Erregerstroms des Rotors des Wechselstromgenerators und die Erkennung der Fehlfunktion eines Schalters des Gleichrichters gewährleisten.In particular, the electronic component 15, contrary to what is shown in 1 is shown, are exchanged for the control unit 18 of the controller 13. Such an example is in 2 shown. The operation of such an electronic component can be as described with reference to FIG 3 and 4 was described. In this case, the same microchip can then regulate the excitation current of the alternator rotor and detect the malfunction of a rectifier switch.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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  • DE 102018215901 [0006]DE 102018215901 [0006]

Claims (9)

Elektronisches Bauteil (15) zur Erkennung einer Fehlfunktion von mindestens einem Schalter (5, 6) eines Gleichrichters (3) für ein Fahrzeug, wobei der Gleichrichter (3) mehrere parallel geschaltete Schaltzweige (4) zum Gleichrichten einer am Eingang empfangenen mehrphasigen Wechselspannung in eine Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters (3) aufweist, wobei das Bauteil (15) eingerichtet ist: - für mindestens eine Phase (8) der am Eingang des Gleichrichters (3) empfangenen Wechselspannung die Spannungsamplitude zwischen dem Eingangsleiter (7) dieser Phase in den Gleichrichter (3) und der Masse zu messen, - diese Amplitude mit dem Wert der Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters (3) zu vergleichen und - eine Fehlfunktion an mindestens einem der Schalter (5, 6) des dieser Phase (8) zugeordneten Schaltzweigs (4) zu erkennen, wenn das Ergebnis dieses Vergleichs über einer vordefinierten Spannungsschwelle (23) liegt.Electronic component (15) for detecting a malfunction of at least one switch (5, 6) of a rectifier (3) for a vehicle, the rectifier (3) having a plurality of switching branches (4) connected in parallel for rectifying a multi-phase AC voltage received at the input into a DC voltage at the output of the rectifier (3), the component (15) being set up: - for at least one phase (8) of the AC voltage received at the input of the rectifier (3), to measure the voltage amplitude between the input conductor (7) of this phase in the rectifier (3) and the ground, - compare this amplitude with the value of the DC voltage at the output of the rectifier (3) and - detecting a malfunction in at least one of the switches (5, 6) of the switching branch (4) assigned to this phase (8) if the result of this comparison is above a predefined voltage threshold (23). Bauteil gemäß Anspruch 1, wobei die vordefinierte Spannungsschwelle zwischen 1 V und 5 V liegt und insbesondere gleich 2 V ist.component according to claim 1 , the predefined voltage threshold being between 1 V and 5 V and in particular equal to 2 V. Bauteil gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Bauteil eingerichtet ist, für eine erste Phase (8) der am Eingang des Gleichrichters empfangenen Wechselspannung die Spannungsamplitude zwischen dem Eingangsleiter (7) dieser ersten Phase in den Gleichrichter (3) und der Masse zu messen, für eine zweite Phase (8) dieser Wechselspannung die Spannungsamplitude zwischen dem Eingangsleiter (7) dieser zweiten Phase in den Gleichrichter (3) und der Masse zu messen und eine Fehlfunktion an mindestens einem der Schalter (5, 6) des dieser ersten Phase zugeordneten Schaltzweigs (4) oder an mindestens einem der Schalter (5, 6) des dieser zweiten Phase zugeordneten Schaltzweigs (4) zu erkennen, nachdem jede dieser Amplituden mit dem Wert der Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters (3) verglichen wurde.component according to claim 1 or 2 , the component being set up to measure, for a first phase (8) of the AC voltage received at the input of the rectifier, the voltage amplitude between the input conductor (7) of this first phase into the rectifier (3) and ground, for a second phase (8 ) of this AC voltage to measure the voltage amplitude between the input conductor (7) of this second phase in the rectifier (3) and ground and to detect a malfunction in at least one of the switches (5, 6) of the switching branch (4) assigned to this first phase or in at least one of the switches (5, 6) of the switching branch (4) assigned to this second phase after each of these amplitudes has been compared with the value of the direct voltage at the output of the rectifier (3). Regler (13) für den Wechselstromgenerator eines Fahrzeugs, aufweisend das elektronische Bauteil (15) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.A regulator (13) for a vehicle alternator, comprising the electronic component (15) according to any one of the preceding claims. Regler (13) gemäß Anspruch 4, wobei das elektronische Bauteil (15) ebenfalls eingerichtet ist, den Erregerstrom des Rotors des Wechselstromgenerators zu regeln.Controller (13) according to claim 4 , the electronic component (15) also being arranged to regulate the excitation current of the rotor of the alternator. Regler gemäß Anspruch 4, aufweisend der eine vom elektronischen Bauteil (15) verschiedene Steuereinheit (18), wobei diese Steuereinheit (18) eingerichtet ist, den Erregerstrom des Rotors des Wechselstromgenerators zu regeln.regulator according to claim 4 , having one of the electronic component (15) different control unit (18), this control unit (18) being arranged to regulate the excitation current of the rotor of the alternator. Wechselstromgenerator (1) aufweisend: - einen Stator aufweisend eine mehrphasige elektrische Wicklung, - einen Rotor aufweisend eine elektrische Wicklung, die von einem Erregerstrom durchflossen ist, - einen Gleichrichter (3) mit mehreren parallel geschalteten Schaltzweigen (4), um die in der elektrischen Wicklung des Stators induzierte mehrphasige Wechselspannung, die am Eingang empfangen wird, in eine Gleichspannung am Ausgang gleichzurichten, und - den Regler (13) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6.Alternator (1) having: - a stator having a multi-phase electrical winding, - a rotor having an electrical winding through which an excitation current flows, - a rectifier (3) with a plurality of switching branches (4) connected in parallel, in order to To rectify the winding of the stator induced polyphase AC voltage received at the input into a DC voltage at the output, and - the regulator (13) according to one of Claims 4 until 6 . Wechselstromgenerator gemäß Anspruch 7, wobei das elektronische Bauteil (15) eingerichtet ist, eine Fehlfunktion an mindestens einem der Schalter (5, 6) des Gleichrichters (3) zu erkennen, wenn mindestens eine vordefinierte Bedingungen als erfüllt erkannt wird, wobei diese vordefinierte Bedingung wenigstens eine der Folgenden ist: - die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors ist größer als eine vorgegebene Geschwindigkeit, - das Tastverhältnis des Erregerstroms des Rotors ist größer als ein vordefinierter Tastverhältniswert, und - der Wert der Ausgangsspannung des Gleichrichters (3) ist größer als ein vordefinierter Spannungswert.Alternator according to claim 7 , wherein the electronic component (15) is set up to detect a malfunction in at least one of the switches (5, 6) of the rectifier (3) when at least one predefined condition is detected as being met, this predefined condition being at least one of the following : - the rotation speed of the rotor is greater than a predetermined speed, - the duty cycle of the exciting current of the rotor is greater than a predefined duty cycle value, and - the value of the output voltage of the rectifier (3) is greater than a predefined voltage value. Verfahren zur Erkennung einer Fehlfunktion von mindestens einem Schalter (5, 6) eines Gleichrichters (3) für ein Fahrzeug, wobei der Gleichrichter (3) mehrere parallel geschaltete Schaltzweige (4) zum Gleichrichten einer mehrphasigen, an den Anschlüssen einer elektrischen Wicklung des Stators induzierten und am Eingang des Gleichrichters (3) empfangenen Wechselspannung in eine Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters (3) aufweist, wobei in dem Verfahren: - für mindestens eine Phase (8) der am Eingang des Gleichrichters empfangenen Wechselspannung die Spannungsamplitude zwischen dem Eingangsleiter (7) dieser Phase in den Gleichrichter (3) und der Masse gemessen wird, - diese Amplitude mit dem Wert der Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters (3) verglichen wird, und - eine Fehlfunktion an mindestens einem der Schalter (5, 6) des dieser Phase (8) zugeordneten Schaltzweigs erkannt wird, wenn das Ergebnis dieses Vergleichs größer als eine vordefinierte Spannungsschwelle (23) ist.Method for detecting a malfunction of at least one switch (5, 6) of a rectifier (3) for a vehicle, the rectifier (3) inducing a plurality of parallel-connected switching branches (4) for rectifying a multi-phase electrical winding of the stator at the terminals and AC voltage received at the input of the rectifier (3) into a DC voltage at the output of the rectifier (3), wherein in the method: - for at least one phase (8) of the AC voltage received at the input of the rectifier, the voltage amplitude between the input conductor (7) of this phase in the rectifier (3) and ground is measured, - this amplitude is compared with the value of the DC voltage at the output of the rectifier (3), and - A malfunction in at least one of the switches (5, 6) of this phase (8) associated switching branch is detected when the result of this comparison is greater than a predefined voltage threshold (23).
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