DE102021214350A1

DE102021214350A1 - Detektion von Kurzschlussströmen in stromgeregelten Endstufen

Info

Publication number: DE102021214350A1
Application number: DE102021214350.4A
Authority: DE
Inventors: Antoine Vandamme; Andreas Kneer; Yannick Chauvet; Markus Ketterer; Christian Bertsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Die Erfidnung betrifft ein Verfahren zur Detektion eines Kurzschlusses in den Transistoren (T1 ... TN) derart, dass die Temperaturen der Transistoren (T1 ... TN) mit Hilfe eines thermischen Simulationsmodells abgeschätzt werden, wobei im Simulationsmodell eine vorhandene Chiptemperatur (&chip) eingelesen wird und die Chiptemperatur (&chip) als Starttemperatur (9trans,0) für die Transistoren (T1 ... TN) angenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von Kurzschlussströmen in stromgeregelten Endstufen.
Stand der Technik
Endstufen in Steuergeräten werden oft mit diskreten Transistoren realisiert, die elektrische Lasten wie Magnetspulen ansteuern. Kurzschlüsse in den elektrischen Lasten oder deren Zuleitungen können zu Überströmen in den Transistoren führen. DieTransistoren besitzen jeodh meist keine eigenen Abschaltmechanismen gegen Überströme.
Das Problem sind Schäden an elektrischen Lasten im Fahrzeug oder an den Transistoren in den Steuergeräten durch Kurzschlüsse.
Die US 2018294697 A1 zeigt die Plausibilisierung einer Kurzschlusserkennung in einem Umrichter.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kurzschlusserkennung in elektrischen Lasten wie Magnetspulen, die über diskrete Transistoren angebunden sind. Hierzu soll gemäß der Erfindungsmeldung ein thermisches Simulationsmodell zum Einsatz kommen, das die Temperatur der jeweiligen Transistoren abschätzt. Erreicht die geschätzte Temperatur oder der geschätzte Stromwert einen kritischen Wert bzw. ist der Temperaturgradient eines Transistors anormal steil, was als Indiz für einen möglichen Kurzschluss in der elektrischen Last angesehen werden kann, wird dieser Transistor abgeschaltet und die elektrische Last geschützt.
Diese Erfindung ermöglicht die rechtzeitige Kurzschlussdetektion in elektrischen Lasten und verhindert Schaden durch aktives Transistorabschalten. Auf teure Zusatzsensorik kann verzichtet werden. Das hat zum Vorteil, dass Kosten gespart werden können.
Die Kurzschlussdetektion erfolgt mit Hilfe eines thermischen Simulationsmodells, das online auf vorhandene ECU läuft und die Temperatur der unterschiedlichen Transistoren abschätzt. Erreicht die geschätzte Temperatur oder der geschätzte Stromwert einen kritischen Wert bzw. ist der Temperaturgradient eines Transistors anormal steil (Indiz eines möglichen Kurzschlusses im elektrischen Last), wird dieser Transistor abgeschaltet und die elektrische Last geschützt. Dadurch kann kostengünstig und einfach eine bessere Überstromerkennung gewährleistet werden.
Figurenliste

Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Endstufe mit einem thermischen Simulationsmodell.

Beschreibung
1 zeigt eine Endstufe 10 mit N Transistoren T1 bis TN. Ein thermisches Simulationsmodell 12 läuft online auf einer ECU 14. Eine Abschaltlogik 18 ist in
der ECU implementiert.
Das Simulationsmodell kann dabei ein thermisches Netzwerk, ein modellordnungsreduziertes Modell aus einer Finite-Elemente-Simulation oder ein Transfer-Funktion-Modell mit fraktionalen Ableitungen sein.
Eine Kurzschlussdetektion erfolgt derart, dass die Temperatur der Transistoren T1 bis TN mit Hilfe des thermischen Simulationsmodells abgeschätzt werden.
Das Verfahren zur Detektion eines Kurzschlusses ist in 2 beschrieben:

In einem Verfahrensschritt 100 wird im Simulationsmodell eine vorhandene Chiptemperatur Schip eingelesen. Die Chiptemperatur Schip wird als Starttemperatur 9trans,0 für alle Transistoren angenommen. Ist die Chiptemperatur Schip festgelgt, werden die Temperaturen in den Transistoren T1 bis TN im Betrieb abgeschätzt. Dazu werden in 110 die Spannungen Vtrans an den Transistoren eingelesen.)
In einem Schritt 120 werden die temperaturabhängigen Transistorwiderstände Rtrans mit Hilfe der aktuellen geschätzten Transistortemperaturen &trans,k und der vorhandenen Beziehung Rtrans=f(&trans) zwischen der Temperatur und dem Transistorwiderstand abgeschätzt.
Im Schritt 130 erfolgt eine Abschätzung der Transistorverluste Pv,trans. Diese werden im Simulationsmodell im Block Verluste 22 abgeschätzt .....
Im Schritt 140 werden die Transistortemperaturen &trans mit Hilfe des thermischen Simulationsmodells errechnet. Die Transistorverluste Pv,trans werden dabei als Modelleingänge angenommen.
Im Schritt 150 erfolgt eine Übernahme der berechneten Transistortemperaturen &trans als neue Startwerte für die nächste Zeititeration.
In einem Schritt 160 erfolgt eine Entscheidung darüber, ob ein Transistor abgeschaltet werden muss. Ein Trasistor muss abgeschaltet werden, wenn dessen Temperatur oder dessen Temperaturgradient einen kritischen Wert Smax erreicht. Ein Trasistor muss auch abgeschaltet werden, wenn der aus Vtrans /Rtrans errechnete Transistorstrom einen bestimmten Wert überschreitet. Die Abschaltung efolgt in der Abschaltlogik 14.
Im Schritt 170 erfolgt eine Anpassung des Ansteuerungssignals Entrans in den Transistoren.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2018294697 A1 [0004]

Claims

Endstufe (10) mit N Transistoren (T1 ... TN) mit einer ECU, wobei auf der ECU ein thermisches Simulationsmodell (12) läuft und mit einer in der ECU implementierten Abschaltlogik (18), dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltlogik (18) dazu ausgebildet ist, die Endstufe (10) abzuschalten, wenn einer der Transistoren (T1 ... TN) überhitzt.
Verfahren zur Detektion eines Kurzschlusses in den Transistoren (T1 ... TN) derart, dass die Temperaturen der Transistoren (T1 ... TN) mit Hilfe eines thermischen Simulationsmodells abgeschätzt werden, wobei im Simulationsmodell eine vorhandene Chiptemperatur (ϑchip) eingelesen wird und die Chiptemperatur (ϑchip) als Starttemperatur (ϑtrans,0) für die Transistoren (T1 ... TN) angenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen in den Transistoren (T1 ... TN) abgeschätzt werden, wenn die Chiptemperatur (ϑchip) festgelegt ist, mit mindestens folgenden Schriten: a. Einlesen der Spannungen (Vtrans) an den Transistoren (T1 ... TN), b. Abschätzung der temperaturabhängigen Transistorwiderstände (Rtrans) mit Hilfe der aktuellen geschätzten Transistortemperaturen (ϑtrans,k) und der vorhandenen Beziehung Rtrans=f(ϑtrans) zwischen der Temperatur und dem Transistorwiderstand, c. Abschätzung der Transistorverluste (Pv,trans).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistortemperaturen (&trans) mit Hilfe des thermischen Simulationsmodells errechnet werden, wobei die Transistorverluste (Pv,trans) als Modelleingänge angenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übernahme der berechneten Transistortemperaturen (&trans) als neue Startwerte für die nächste Zeititeration erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entscheidung darüber erfolgt, ob ein Transistor abgeschaltet werden muss, wobei ein Trasistor abgeschaltet werden muss, wenn dessen Temperatur oder dessen Temperaturgradient einen kritischen Wert (Smax) erreicht oder wenn der aus Vtrans /Rtrans errechnete Transistorstrom einen bestimmten Wert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung des Ansteuerungssignals Entrans in den Transistoren erfolgt.