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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerung in einem zweispurigen (oder mehrspurigen) elektrischen Servolenkungssystem (EPS-System) und insbesondere unter anderem das Verwalten von Fehlern in einem derartigen EPS-System.
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Hintergrund der Erfindung
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Elektrische Servolenkungssysteme (EPS-Systeme) sind im Stand der Technik wohlbekannt. Die durch einen Elektromotor erzeugte Leistung wird zum Erzeugen eines Unterstützungsdrehmoments in der Lenksäule in die gleiche Richtung wie ein detektiertes Bedarfsdrehmoment, das durch einen ein Lenkrad umdrehenden Fahrer des Fahrzeugs erzeugt wird, verwendet.
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1(a) repräsentiert schematisch einen Leistungsfluss in einem EPS-System mit zwei Wechselrichterbrücken. Eine Batterie 10 versorgt eine Doppelwechselrichterbrücke 14, 14' und zwei Motoren 12, 12', die auf dieselbe Zahnstange einwirken, mit Leistung. Dementsprechend trägt jeder Motor 12, 12' ungefähr 50% zur Unterstützung der Lenkung bei. Im Fall eines Fehlers mit einer der Wechselrichterbrücken 14', wie in 1(b) beispielhaft dargestellt, bleibt das EPS-System funktionsfähig, da die andere Wechselrichterbrücke 14 weiterhin eine Unterstützung bereitstellen kann. Dämpfungsströme können jedoch weiterhin in der fehlerhaften Brückenschaltung fließen, selbst wenn sie deaktiviert ist. Diese Dämpfungsströme können zu einer übermäßigen Wärmeerzeugung führen, die weitere Ausfälle verursachen kann. Es ist natürlich wünschenswert, eine Lenkunterstützung selbst in einem Fall eines Fehlers beizubehalten, aber derartige weitere Ausfälle gefährden dies.
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Bekannte Weisen, dieses Problem anzusprechen, beinhalten ein Unterbrechen der Verbindung zwischen dem fehlerhaften Wechselrichter und dem Motor, was einen eingebauten Sperrschalter benötigt. Für die meiste Zeit, wenn kein Fehler vorhanden ist, dienen diese Sperrschalter keiner nützlichen Funktion, nehmen aber wertvollen Raum ein, leiten Energie ab und sind kostspielig. Dementsprechend ist eine Alternative wünschenswert. Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind angesichts des Vorstehenden entwickelt worden.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern einer EPS-Vorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, bereitgestellt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Steuersystem für eine EPS-Vorrichtung, wie in Anspruch 14 definiert, bereitgestellt.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein EPS-System, wie in Anspruch 18 definiert, bereitgestellt.
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Verschiedene Merkmale von Aspekten und/oder Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden besprochen.
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Der Fehler/Kurzschluss kann schon detektiert worden sein oder kann Teil von Aspekten oder Ausführungsformen der Erfindung bilden.
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Jede der Wechselrichterbrücken kann zwei oder mehr Schalter umfassen, die mit jeder Phase des Motors verbunden sind. Anschließend an eine frühere Detektion eines Ausfalls von einem der Schalter in einer der Wechselrichterbrücken können in einer Ausführungsform die Schalter dieser Wechselrichterbrücke betrieben oder selektiv betrieben werden, damit der Strom dadurch und/oder die Spannung darüber gesteuert wird.
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Jede Wechselrichterbrücke kann mehrere Gruppen von Schaltern umfassen, die jeweils einen oder mehrere Schalter umfassen, die mit jeder der Phasen verbunden sind. Nach einer Detektion eines Ausfalls eines Schalters in einer ersten/anderen Gruppe, können die anderen Schalter in der ersten/anderen Gruppe, aber nicht die in der anderen/ersten Gruppe, selektiv betrieben werden. D. h., nur die Schalter innerhalb des Wechselrichters, der den fehlerhaften Schalter enthält, werden auf diese Weise selektiv gesteuert.
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Bei einer Ausführungsform umfasst ein selektives Betreiben der anderen Schalter in der ersten/anderen Gruppe ein permanentes Einschalten der anderen Schalter.
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Alternativ dazu kann ein selektives Betreiben der anderen Schalter in der ersten/anderen Gruppe ein Ein- und Ausschalten der anderen Schalter umfassen. Das Umschalten kann gemäß einem oder mehreren vorbestimmten Kriterien stattfinden. Diese Kriterien können eine Motordrehzahl und/oder eine Motorposition und/oder eine Stromrichtung innerhalb eines der Schalter und/oder einen Strom und/oder eine Spannung an den Motorphasen umfassen.
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Alternativ dazu kann das Verfahren ein selektives Betreiben der Schalter gemäß einem der obigen zwei Verfahren in Abhängigkeit von anderen Kriterien umfassen. Bei einer Ausführungsform kann das Verfahren ein Bestimmen, ob die Drehzahl des Motors geringer als eine vorbestimmte Schwelle ist, und, falls die Motordrehzahl geringer als die Schwelle ist, ein Einschalten der anderen Schalter in der ersten/anderen Gruppe, und, falls die Motordrehzahl die Schwelle überschreitet, ein selektives Ein- und Ausschalten der anderen Schalter in der ersten/anderen Gruppe umfassen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Verfahren ein Bestimmen, ob eine Temperatur innerhalb einer Wechselrichterbrückenschaltung geringer als eine vorbestimmte Schwelle ist, und, falls die Temperatur geringer als die Schwelle ist, ein Einschalten der anderen Schalter in der ersten/anderen Gruppe, und, falls die Temperatur die Schwelle überschreitet, ein selektives Ein- und Ausschalten der anderen Schalter in der ersten/anderen Gruppe umfassen.
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Bei einer Ausführungsform hängt das selektive Ein- und Ausschalten der anderen Schalter in der ersten/zweiten Gruppe von der Motordrehzahl und/oder der Motorposition und/oder der Stromrichtung innerhalb eines der Schalter und/oder dem Strom und/oder der Spannung an den Motorphasen ab.
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Das selektive Ein- und Ausschalten der anderen Schalter in der ersten/anderen Gruppe kann ein Einschalten von einem der anderen Schalter, falls die Drain-Source-Spannung über diesen Schalter negativ ist oder unter einem voreingestellten Wert liegt, und ein Ausschalten von einem der anderen Schalter, falls die Drain-Source-Spannung über diesen Schalter nicht negativ ist oder unter dem voreingestellten Wert liegt, umfassen.
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Die Schalter können MOSFETs sein.
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Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung stellen vorteilhafterweise eine Steuerstrategie zum Verwalten einer Fehlerbedingung, wie etwa einem kurzgeschlossenen MOSFET in einer Wechselrichterbrücke, wo der Fehler entsteht, aber weiterhin zum vollständigen Betreiben der anderen oder einer anderen Wechselrichterbrücke und Minimieren von nachteiligen Effekten daran bereit. Bei einer Ausführungsform stellt die Erfindung ein Umschalten von gesunden MOSFETs in einer fehlerhaften Brücke bereit, um Leitungsverluste zu verringern, so dass ein verlängerter Betrieb im Rückwärtsmodus ermöglicht und die Wahrscheinlichkeit eines sekundären Ausfalls verringert wird. Dies wird durch ein Richten von Dämpfungsströmen durch den MOSFET-Kanal anstatt durch die Body-Diode erzielt, was vorteilhaft eine Verlustleistung in der Einrichtung erheblich verringert. Dies ermöglicht vorteilhafterweise, dass die Lenkunterstützung kontinuierlich bereitgestellt wird, während übermäßige Verluste im System vermieden werden.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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2(a) und (b) eine vereinfachte schematische Darstellung einer Seite eines Doppelbrückensystems vor und während einer Fehlerbedingung darstellen;
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3 schematisch einen Stromfluss innerhalb des Systems von 2 veranschaulicht, wobei alle MOSFETs ausgeschaltet sind;
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4 Simulationsergebnisse darstellt, die unter Verwendung des Verfahrens von 3 erhalten werden;
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5 schematisch ein Steuerverfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
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6 Simulationsergebnisse darstellt, die unter Verwendung des Verfahrens von 5 erhalten werden;
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7 ein Steuerverfahren gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
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8 Simulationsergebnisse darstellt, die unter Verwendung des Verfahrens von 7 erhalten werden;
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9 Merkmale von Steuerverfahren gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung vergleicht und
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10 ein Flussdiagramm eines Steuerverfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
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Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1(a) und (b), obwohl sie ein bekanntes Doppelbrücken-Steuersystem repräsentieren, werden in Aspekten und Ausführungsformen der Erfindung benutzt und somit werden die darin verwendeten Bezugsziffern auch in Verbindung mit dem Besprechen der Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die in Verbindung damit implementiert werden, verwendet. Es ist anzumerken, dass sich die beiden Motoren 12, 12' physisch in einem Gehäuse befinden oder separat sein können, sie aber in jedem Fall auf dieselbe Zahnstange einwirken und im normalen Betrieb jeweils ungefähr 50% der Lenkleistung beitragen. Die Motoren 12, 12' können zweckmäßig bürstenlose 3-Phasen-AC-Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) sein.
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2(a) stellt eine Hälfte eines Doppelbrückenwechselrichters 14 ausführlicher als in 1(a) (die beide Hälften darstellt) dar. Eine DC-Spannung wird durch eine Batterie 10 zwischen einer Versorgungsschiene und einer Masseleitung angelegt und ist mit einem Dreiphasenmotor 12 über einen Wechselrichter 14 verbunden. Der Wechselrichter 14 umfasst drei parallele Arme (A, B, C), die jeweils ein Paar von MOSFETs aufweisen, die in Reihe zwischen einer Versorgungsschiene und einer Masseleitung geschaltet sind. Die Motorenphasen A, B, C zweigen zwischen einem jeweiligen Paar von MOSFETs ab. Dementsprechend sind die MOSFETs 16, 18 mit einer ersten Phase A des Motors 12 verbunden, die MOSFETs 20, 22 sind mit einer zweiten Phase B des Motors 12 verbunden und die MOSFETs 24, 26 sind mit einer dritten Phase C des Motors 12 verbunden. Die Paare von MOSFETs (Arme A, B, C) sind parallel miteinander und mit der Batterie 10 geschaltet. Ein Leistungsfilter 28 kann zwischen der Batterie 10 und den MOSFETs 16, 18, 20, 22, 24, 26 bereitgestellt sein.
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Die MOSFETs sind auch in zwei Gruppen angeordnet, wobei sich die MOSFETs 16, 20, 24 auf der „High”-Seite des Wechselrichters 14 und die MOSFETs 18, 22, 26 auf der „Low”-Seite des Wechselrichters 14 befinden. Die Begriffe „High” und „Low” sind Bezeichnungen, die nur zur Erleichterung der Referenz dienen. Jeder MOSFET 16, 18, 20, 22, 24, 26 umfasst eine Body-Diode und einen Transistorkanal. Das Gate jedes MOSFET 16, 18, 20, 22, 24, 26 ist mit einem Steuerblock verbunden, der zum Bereitstellen eines Steuersignals an jeden MOSFET konfiguriert ist, z. B. um ihn an- oder abzuschalten. Gate-Verbindungen der MOSFETs und Steuerblöcke sind zur Einfachheit halber nicht dargestellt.
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Im normalen Betrieb werden die MOSFETs 16, 18, 20, 22, 24, 26 auf eine gesteuerte Art und Weise durch eine Antriebsstufensteuerung ein- und ausgeschaltet, um die über jede der Motorwicklungen angelegte Potenzialdifferenz und somit auch den durch die Wicklungen fließenden Strom zu steuern. Dies steuert im Gegenzug die Stärke und Ausrichtung des Magnetfelds, das durch die Wicklungen erzeugt wird, und somit das Drehmoment und die Drehzahl des Motors. Dies gilt für beide Brücken 14, 14' im normalen Betrieb, d. h. alle MOSFETs beider Brücken 14, 14' werden während des normalen Betriebs auf eine gesteuerte Art und Weise aus- und eingeschaltet.
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2(b) repräsentiert den Fall, bei dem einer der MOSFETs 16 der Brücke 14 nicht ausgeschaltet werden kann. (Ein Fehler könnte sich an einem beliebigen oder allen der MOSFETs entwickeln – MOSFET 16 wird nur als ein Beispiel verwendet.) Der Grund dafür kann darin liegen, dass er im Kurzschluss-Ausfallmodus ausgefallen ist, oder kann ein Fehler in seiner Steuerschaltung, die das Gate-Signal bereitstellt, sein. Die Brücke 14' fährt damit fort, normal zu arbeiten, wie oben beschrieben. Da es keine Möglichkeit gibt, den Motor 12 von der Wechselrichterbrücke 14 in dieser Architektur zu isolieren, fährt eine Regenerationsspannung des Motors infolge dessen, dass der Motor 12 immer noch rotiert, damit fort, einen Strom durch den Wechselrichter 14 (in Abhängigkeit von der Drehzahl und Position des Motors 12) anzusteuern. Dieser Regenerationsstrom, der übermäßig und unkontrolliert sein kann, fließt durch den jetzt unkontrollierbaren ausgefallenen MOSFET 16 und die Body-Dioden der unbeschädigten MOSFETs 20, 24 in den anderen Phasen. Der Strom ist ein Resultat einer Halbwellengleichrichtung der erzeugten Spannung des Motors 12 (Gegen-EMK). (Die MOSFETs 18, 22, 26 würden in diesem Halbwellengleichrichtungsszenario nicht leiten und sollten permanent ausgeschaltet sein.)
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Demzufolge, obwohl sie weiterhin eine Lenkunterstützung an den Fahrer bereitstellt, muss die funktionierende Brücke (z. B. 14' von 1) die Dämpfungseffekte des fehlerhaften Wechselrichters 14 überwinden. Im Ausführungsbeispiel mit 40-V-MOSFETs und 100-A-Phasenströmen weisen die Body-Dioden einen höheren Vorwärtsspannungsabfall bei einem bestimmten Strom als der MOSFET-Kanal auf, was zu einer Überschusswärmeerzeugung führen könnte, was zu weiteren Ausfällen führt. Falls der erste Fehler zu einem Ausfall eines MOSFET in einer anderen Phase derselben Brücke 14 führt, z. B. des MOSFET 20, ist der zirkulierende Strom nicht mehr halbwellengleichgerichtet, sondern ein voller Wechselstrom. Ein voller AC-Strom erhöht den Dämpfungseffekt und ist somit nicht wünschenswert. Des Weiteren könnte eine übermäßige Wärmeerzeugung, die durch den zusätzlichen, durch die Komponenten fließenden Strom verursacht wird, Teile abtöten, was zu sich frei bewegenden Objekten innerhalb des Wechselrichters 14 mit der Möglichkeit des Verursachens von zusätzlichen Ausfällen führt. Somit, mit erneutem Bezug auf 1(b), kann ein Ausfall eines Wechselrichters 14 den Betrieb des anderen 14' beeinträchtigen, so dass der „gesunde” Wechselrichter 14' nicht mehr die vollständige 50%-ige Leistung, die er bereitstellen soll, bereitstellen kann, wodurch die Systemverluste verschlimmert werden.
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In 3 weist der MOSFET 16 einen Kurzschluss auf und ist nicht funktionsfähig und alle anderen MOSFETs 18, 20, 22, 24, 26 sind ausgeschaltet. In Abhängigkeit von der Drehzahl und der Position des Motors 12 steuert eine Regenerationsspannung der Motorwicklungen jedoch einen Strom durch den Wechselrichter 14 an, wie durch die Pfeile in 3 dargestellt und oben besprochen. Demzufolge führt ein einfaches Ausschalten der Wechselrichterbrücke 14 weiterhin zu einer hohen Verlustleistung, bei der der Strom (der halbwellengleichgerichtet ist) durch die Schaltung fließt, wie durch die Pfeile in 3 dargestellt ist. D. h. selbst ein Ergreifen von Maßnahmen, um den Wechselrichter 14 auszuschalten, im Gegensatz zu ihn in einem normalen Betriebszustand zu belassen, ist nicht wünschenswert, wie ferner in 4 beispielhaft dargestellt ist.
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4 stellt Ergebnisse einer Simulation dar, die mit einer Gegen-EMK-Spannungsfrequenz von 50 Hz, einer Gegen-EMK-Spannungsspitze von 6 V, einer Zwischenkreisspannung von 12 V in einer Situation, in der der MOSEFT 16 nicht ausgeschaltet werden kann, ausgeführt wird. Die Graphen (a) und (b) stellen jeweils den Drain-Strom (Id) des MOSEFT 20 und eine Verlustleistung in den gesunden MOSFETs als Funktion der Zeit dar. Die grafischen Darstellungen zeigen einen großen negativen Strom und eine hohe durchschnittliche Verlustleistung. Die grafischen Darstellungen (c) bis (e) stellen die Regenerationsspannung von jeder der drei Phasen dar. Die grafische Darstellung (f) stellt die Drain-Source-Spannung des MOSFET 20 dar und zeigt große Spannungsabfälle. Ein Spannungsabfall in der negativen Richtung bedeutet, dass die Body-Diode leitet. Hier ist der Spannungsabfall, etwa –0,8 V, höher (im absoluten Wert) als der Spannungsabfall des MOSFET-Kanals. Aufgrund dessen tritt eine Verlustleistung in der grafischen Darstellung (b) nur dann auf, wenn die Vds-Spannung negativ ist. Ein hoher Spannungsabfall in der positiven Richtung (10,39-V-Spitze in diesem Beispiel) zeigt, wann der MOSFET 20 den Strom in die positive (Drain zu Source) Richtung sperrt.
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5 stellt eine erste Option zum Verwalten von Verlusten in der Schaltung 14 im Fall eines MOSFET-Fehlers dar. Hier wird der MOSFET 16 wiederum beispielsweise unkontrollierbar eingeschaltet/kurzgeschlossen. Hier sind jedoch die anderen beiden High-Side-MOSFETs 20, 24 angeschaltet und werden gesteuert, eingeschaltet zu bleiben (und der MOSFET 16 könnte auch eingeschaltet sein). D. h. alle „gesunden” MOSFETs in der High/Low-Gruppe sind eingeschaltet. Zirkulierende Ströme sind weiterhin vorhanden und ein Strom kann bidirektional durch jeden der MOSFETs 16, 20, 14, durch den Transistorteil der unbeschädigten MOSFETs 20, 24 und den unkontrollierbaren (kurzgeschlossenen) ausgefallenen MOSFET 16 laufen. Ein Einschalten eines MOSFET ermöglicht, dass der Strom bidirektional durch ihn läuft.
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6 stellt Simulationsergebnisse für das Steuerverfahren von 5 unter den gleichen Bedingungen wie für die Simulationsergebnisse von 4 dar. Ein permanentes Einschalten der MOSFETs 20, 24 hat jedoch darin resultiert, dass die durchschnittliche Verlustleistung (grafische Darstellung (b)) und die MOSFET-Drain-Source-Spannung (grafische Darstellung (f)) erheblich niedriger sind. Die Lösung von 5, das Umschalten der beiden gesunden MOSFETs, so dass sie permanent eingeschaltet sind, liefert somit einen Vorteil gegenüber der „Basislinien”-Situation von 3, in der die MOSFETs abgeschaltet sind. Die grafische Darstellung (a) von 6 zeigt den MOSFET-Drain-Strom Id, der im Vergleich zu 4(a) etwas zugenommen hat. Es ist daher wünschenswert, auch nach einer Weise zu suchen, den Strom zu verringern und vorzugsweise den positiven Strom, d. h. den, der über der Mittellinie schattiert ist, zu minimieren.
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7 stellt eine zweite Option zum Verwalten von Verlusten in der Schaltung 14 im Fall eines MOSFET-Fehlers dar. Hier ist der MOSFET 16 wiederum kurzgeschlossen. Die anderen beiden High-Side-MOSFETs 20, 24 werden jedoch jetzt selektiv umgeschaltet, so dass sie nur zu bestimmten Zeiten eingeschaltet sind. Zirkulierende Ströme sind weiterhin vorhanden, wie durch die Pfeile (die den Stromfluss zeigen, wenn die MOSFETs 20, 24 eingeschaltet sind) abgebildet. Der Strom, der halbwellengleichgerichtet ist, kann durch jeden der MOSFETs 16, 20, 24, durch den Transistorteil der unbeschädigten MOSFETs 20, 24 und den unkontrollierbaren (kurzgeschlossenen) ausgefallenen MOSFET 16 laufen (da sie, wenn die MOSFETs leiten, einen geringeren Spannungsabfall als die Dioden aufweisen). Das Prinzip hinter diesem Steuerverfahren besteht darin, den MOSFET 20, 24 anzuschalten, wenn seine Body-Diode zum Leiten bereit ist, und somit den Kanal anstatt der Diode zu verwenden. Der Strom wird sich direktional auf die gleiche Weise verhalten, als ob die Diode leiten würde.
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8 stellt Simulationsergebnisse für das Steuerverfahren von 7 unter den gleichen Bedingungen wie für die Simulationsergebnisse der 4 und 6 dar. Ein An- und Abschalten der MOSFETs 20, 24 resultiert jedoch vorteilhafterweise darin, dass sowohl der Drain-Strom Id (grafische Darstellung (a)), die durchschnittliche Verlustleistung (grafische Darstellung (b)) als auch die MOSFET-Drain-Source-Spannung (grafische Darstellung (f)) weiter erheblich reduziert werden. Im Vergleich zu 6(a) kann gesehen werden, dass hier praktisch der gesamte positive Strom (schattierter Teil von 6(a)) eliminiert worden ist.
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Den beiden gesunden MOSFETs 20, 24 wird signalisiert, dass sie periodisch eingeschaltet werden, wie in den grafischen Darstellungen (g) und (h) von 8 dargestellt ist. Wann die gesunden MOSFETs 20, 24 umgeschaltet werden, wird in Abhängigkeit, zusätzlich zum Detektieren eines Fehlers in der Brücke, von der Motordrehzahl und/oder der Motorposition und/oder der Stromrichtung für jeden gesunden MOSFET (d. h., ob der Strom positiv oder negativ ist) bestimmt.
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9 fasst die „Basislinien”-Ergebnisse (3 und 4), die Ergebnisse von der „Option 1” (5 und 6) und die von der „Option 2” (7 und 8) zusammen und vergleicht diese.
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Ein Verfahren des Ausführens einer Ausführungsform der Erfindung wird in 10 zusammengefasst. In Schritt S10 wird eine Bestimmung oder Detektion gemacht, dass ein MOSFET nicht in einer der Brücken 14, 14' ausgeschaltet werden kann. In Schritt S12 wird ein normaler Betrieb der fehlerhaften Brücke (14 oder 14') deaktiviert. In Schritt S14 wird dann eine Bestimmung gemacht, welcher MOSFET fehlerhaft ist, einschließlich Identifizieren, mit welcher Phase der fehlerhafte MOSFET assoziiert ist, und ob der fehlerhafte MOSFET auf der High- oder Low-Seite liegt. Das Bestimmen, ob ein MOSFET fehlerhaft ist, kann unter Verwendung von Standardtechniken erzielt werden, z. B. durch Überwachen der MOSFET-Spannung V_DS oder des Stroms. Falls ein Fehler detektiert wird, können weitere Offline-Prüfungen durchgeführt werden, um die tatsächliche Art des Fehlers zu bestimmen, wiederum unter Verwendung von herkömmlichen Techniken.
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Das Verfahren bestimmt dann in Schritt S16, ob die Drehzahl des Motors 12 eine bestimmte Schwelle überschreitet oder nicht. Die tatsächliche Schwelle wird in Abhängigkeit von der Verlustleistung in den FETs, der Temperatur, dem Dämpfungspegel und dem gewünschten Lenkgefühl des Fahrers variieren und kann in jedem Fall abstimmbar sein. Falls dem nicht so ist, werden alle MOSFETs auf der entsprechenden Seite (High oder Low), die den fehlerhaften MOSFET beinhaltet, in Schritt S18 eingeschaltet. Wiederum unter der Annahme, dass der MOSFET 16 fehlerhaft ist, falls die Motordrehzahl geringer als die voreingestellte Schwelle ist, werden z. B. die MOSFETs 20, 24 eingeschaltet. Diese Situation entspricht den 5 und 6.
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Falls andererseits die Motordrehzahl höher als die Schwelle ist, dann werden die gesunden MOSFETs auf der entsprechenden Seite (z. B. die MOSFETs 20, 24, falls der MOSFET 16 fehlerhaft ist) selektiv eingeschaltet. Falls die DS-Spannung des MOSFET 20 oder 24 negativ ist, muss der entsprechende MOSFET eingeschaltet werden. Dies kann entweder durch ein Messen von Phasenströmen und/oder der Motorposition detektiert werden. Der MOSFET 20 oder 24 kann von dem Zeitpunkt an leiten, wenn die Body-Diode vorwärts vorgespannt (V_DS < 0) ist und wird den positiven Strom (der von der Source zum Drain des MOSFET geht) leiten. Da der Motor eine Sinuswelle erzeugen wird, kann das Umschalten synchronisiert werden. Die Regenerationsspannung bestimmt, wann die Diode vorwärts vorgespannt ist. Im dargestellten Beispiel wird die Drain-Source-Spannung über die gesunden MOSFETs auf der entsprechenden Seite (MOSFETs 20, 24, falls der MOSFET 16 fehlerhaft ist) überwacht und, falls sie negativ ist (Schritt S20), wird der entsprechende MOSFET eingeschaltet (Schritt 22), ansonsten wird er ausgeschaltet (Schritt 24).
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Es kann daher basierend auf den Simulationsergebnissen der 4, 6 und 8 gesehen werden, dass das beste Verfahren – hinsichtlich des Reduzierens der Verlustleistung – darin besteht, die verbleibenden gesunden MOSFETs auf der gleichen Seite wie der fehlerhafte (High oder Low) in Abhängigkeit von der MOSFET-Drain-Stromrichtung an- oder abzuschalten. Die DS-Spannung gibt indirekt die Stromrichtung an, was das Umschalten auslöst. D. h., wenn die DS-Spannung negativ ist, kann bzw. können der bzw. die MOSFET(s) eingeschaltet sein, aber wenn die DS-Spannung positiv wird, werden die entsprechenden gesunden MOSFETs abgeschaltet. Dies wird durch das in 8 dargestellte „Ein”- und „Aus”-Schalten dargestellt. Idealerweise sollte der Strom in die D-S-Richtung durch die MOSFETs gesperrt werden, um Verluste und eine Dämpfung zu minimieren. Der S-D-Strom sollte durch den MOSFET anstelle der Body-Diode geführt werden. NB. In 8(f) fällt die DS-Spannung im stationären Zustand auf fast 0 V ab, obwohl dies auf dem Maßstab als eine –498,76-mV-Spitze gezeigt ist. Dies geschieht einfach aufgrund der Simulationsbedingungen.
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Ein Implementieren dieser Lösung wird möglicherweise einen komplizierteren Steueralgorithmus und eine kompliziertere Verarbeitungszeit (z. B. wie beispielhaft in 10 dargestellt) als die Lösung von Option 1 erfordern. Zusätzlich dazu kann der halbwellengleichgerichtete Motordämpfungsstrom aufgrund der MOSFET-Umschaltungsstrategie von Option 2 möglicherweise zu einer erhöhten Motordrehmomentwelligkeit führen.
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Eine andere Lösung, „Option 3”, besteht daher darin, sowohl Option 1 als auch Option 2 zu unterschiedlichen Zeiten basierend auf der Motordrehzahl zu nutzen. Eine Gegen-EMK ist bei einer geringen Motordrehzahl gering, daher ist der zirkulierende Dämpfungsstrom auch geringer. Dies ermöglicht, dass die MOSFETs die ganze Zeit eingeschaltet sind, ohne das Risiko, dass sie sich überhitzen (Option 1). Bei einer bestimmten Drehzahlschwelle (und daher Stromschwelle) kann die elektronische Steuereinheit (ECU) zum komplizierteren Verfahren umschalten, was die Verlustleistung verringert (Option 2).
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Im Fall eines fehlerhaften MOSFET wird daher eine Prozedur zum Umschalten der MOSFETs der High/Low-Seite, die den fehlerhaften MOSFET enthält, erstellt und dieses Umschalten steuert oder verwaltet die zirkulierenden Ströme innerhalb der Wechselrichterbrücke 14, während eine Leistung ausschließlich durch die andere Wechselrichterbrücke 14' bereitgestellt wird. Dies gewährleistet, dass die Ausgangsleistung des gesunden Wechselrichters 14' nicht negativ durch den fehlerhaften beeinflusst wird.
