WO2012010572A1 - Verfahren zum treiben einer endstufe in einem steuergerät - Google Patents

Verfahren zum treiben einer endstufe in einem steuergerät Download PDF

Info

Publication number
WO2012010572A1
WO2012010572A1 PCT/EP2011/062302 EP2011062302W WO2012010572A1 WO 2012010572 A1 WO2012010572 A1 WO 2012010572A1 EP 2011062302 W EP2011062302 W EP 2011062302W WO 2012010572 A1 WO2012010572 A1 WO 2012010572A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
driver circuit
output stage
power
circuit
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/062302
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paul Lemmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Original Assignee
ZF Lenksysteme GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Lenksysteme GmbH filed Critical ZF Lenksysteme GmbH
Priority to EP11749754.5A priority Critical patent/EP2596562A1/de
Publication of WO2012010572A1 publication Critical patent/WO2012010572A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/0833—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/021—Details concerning the disconnection itself, e.g. at a particular instant, particularly at zero value of current, disconnection in a predetermined order
    • H02H3/023—Details concerning the disconnection itself, e.g. at a particular instant, particularly at zero value of current, disconnection in a predetermined order by short-circuiting

Definitions

  • the invention relates to a method for driving a power amplifier in a control device and a driver circuit for carrying out the method.
  • EPS Electronic Power Steering
  • the power steering aids the driver in steering by amplifying the driver's applied power for steering by an electric motor.
  • Control units are used to control the power steering.
  • Control units are electronic ⁇ -specific modules, which for example are used in the automotive field, to control components of the vehicle or regulate.
  • power amplifiers are used, which are power amplifiers that represent the last, electronically active stage in signal processing, before the amplified signal is applied to the load, which in the EPS case is a motor.
  • the ECU includes the important for the EPS function compo nents ⁇ microcontroller with the program of a power amplifier which can drive a three-phase synchronous or asynchronous motor, and the interposed drive circuit.
  • the final stage typically consists of six n-channel MOS ⁇ FETs, each with two MOSFETs per motor phase.
  • the two MOSFETs of one phase for example, high-side FE T 1 and low-side FET 2 are PWM-modulated in differential mode.
  • the MOSFETs are typically driven by a six-compartment integrated driver circuit. As a rule, the driver circuit prevents the simultaneous switching on of a respective high and low-side MOSFET of one phase, for example FET1 and FET2.
  • the driver circuit between the gate and source terminals must of this MOSFET a voltage of typically 10 V erzeu ⁇ .
  • the driver circuit between the gate and source terminal of this MOSFETs must generate a voltage of about 0V.
  • HLR relay or solid state relay
  • the HLR is usually located between the positive battery terminal of the ECU and the motor output stage.
  • the HLR has two tasks: In regular operation, ie vehicle battery not polarity reversed, the HLR can disconnect the power amplifier from the battery. In Verpolfall, in which the plus and minus connection of the vehicle battery is ver ⁇ exchanged, the HLR remains open and ensures that no current flows through the ECU output stage.
  • the polarity protection is implemented so that a high current always has to flow through the ECU output stage and the always present system fuse F1 in the vehicle.
  • the current flows through the body diodes DPI to DP 6 of the power MOSFETs FET1 to FET6 and is limited by the equivalent resistance Rpl to Rp4 in the power path.
  • the current through the fuse Fl in the Verpolfall is calculated approximately to:
  • I_F1_VP (Ubat_VP-2 * Vfd_DP) / (Rpl + Rp2 + Rp3 + Rp4)
  • I_F1_VP Current through fuse in the coil
  • Ubat_VP voltage of the reverse polarity battery
  • Vfd_DP forward voltage or voltage drop at the biped diode DPX
  • Rpl ... Rp4 Substitute resistors in the power path.
  • Rpl, Rp2 are parasitic resistances in the ECU that are Doomed? ⁇ gently through the connection and filter elements.
  • Rp3, Rp4 are contact resistances in the connector systems as well as lead resistances.
  • the fuse blows Fl reliable a certain ⁇ be tripping current I_F1_0FF must be achieved.
  • the current I_F1_VP can be influenced by: Ubat_VP: the smaller Ubat_VP, ie the weaker the battery is charged or the worse the state of preservation of the battery, the smaller the current I_F1_VP.
  • Ubat_VP can not be influenced by the ECU.
  • Vfd_DP the smaller Vfd_DP, the higher the current
  • Vfd_DP can be influenced by the ECU. When FET1 ... FET6 are turned on, Vfd_DP in Equation 1 typically decreases from approximately 2V to approximately 0.3V.
  • Rpl and Rp2 can be reduced if larger and therefore more expensive components are used within the ECU.
  • Rp3 and Rp4 can be reduced if connector systems in the power path are used with lower contact resistance and / or the leads grow in cross-section. Both measures make the EPS system more expensive.
  • the method described is used to drive a power amplifier in a control unit with a driver circuit comprising a power section and a logic section, wherein a Tren ⁇ nen the output stage of a battery by triggering a fuse is made possible.
  • the driver circuit additionally comprises a buffer circuit are driven and the switch, usually MOSFETs, at least one phase of the power stage to the power unit or switched on, so that a sufficiently high current to the tripping of the fuse flows, while the buffer scarf ⁇ tung provides the voltage genaration in the driver circuit.
  • a case is detected in a microcontroller which makes it necessary to disconnect the output stage from the battery.
  • the microcontroller forwards a corresponding command to the logic part; the power unit switches the two switches or MOSFETs at least one of the phases of the output stage a, currency ⁇ rend the buffer circuit, the driving circuit supplied with power.
  • a software is executed on a microprocessor in the microcontroller, which recognizes the case that makes the separation required.
  • the switches or MOSFETs of at least one of the phases can be switched on by means of the power component, while the buffer circuit supplies the driver circuit with voltage.
  • the reverse polarity is preferably detected only with provided in the Lo ⁇ gikteil hardware and appropriate measures are initiated. This is in particular ⁇ special required because in reverse polarity of the microcontroller with which the driver circuit can be controlled, not works more or provided on the microcontroller software is not executed.
  • the driver circuit comprises a power part and a logic part, wherein the power part controls switches, usually MOSFETs, of the output stage. Furthermore, the driver circuit comprises a buffer scarf ⁇ tung, which is provided for providing the power supply for the driver circuit.
  • the buffer circuit comprises a rectifier bridge circuit and a capacitor.
  • the logic part has a hardware ⁇ which detects a reverse polarity of a connected battery.
  • the invention further relates to a computer program with program code means for carrying out a method for driving a final stage of the type described above, when the computer program is executed on a microprocessor of a computer.
  • This computer program may, for example, be implemented as the software executing on a microprocessor of the microcontroller described above according to claim 3.
  • the computer program can be stored as a computer program product and transferred from there to the memory ⁇ element of a controller on a computer-such as. Floppy disk, CD, DVD, hard drive, USB memory stick or the like, or an Internet server. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of an embodiment of the presented driver circuit used in an ECU.
  • the illustration shows in a Optimizschatzsent a control unit or an ECU 10 with a microcontroller 12, a driver circuit 14 and an output stage 16.
  • the output stage 16 is used to control a three-phase electric motor 18.
  • a fuse Fl 30 is provided for disconnect the battery 20, 22 from the ECU 10.
  • the output stage 16 comprises three stages 50, 52 and 54, each ⁇ wells via two switches, in this case, MOSFETs have.
  • the high-side FET1 is 56 and the low-side FET2 58
  • the high-side FET3 60 and the low-side FET4 62 and in the third phase 54 of the high-side FET5 64 and the low-side FET6 66 vorgese ⁇ hen.
  • the equivalent circuit diagram of FIG. 1 shows the body diodes DPI 70, DP2 72, DP3 74, DP4 76, DP5 78 and DP6 80.
  • the driver circuit 14 comprises a logic part 80, a power part 82 and a buffer circuit 84.
  • the buffer circuit 84 in turn comprises a rectifier bridge circuit 86 with the diodes Dl 88, D2 90, D3 92 and D4 94. Furthermore, a buffer capacitor CB 96 is provided.
  • the trip time T_F1_0FF_MAX the fuse Fl 30 must be determined for further explanation. This is determined on the basis of the data sheet specifications of the fuse Fl 30 and should be dimensioned so that in all possible polarity reversal and shutdown cases (variation of the parameters Ubat_VP, Vfd_DP, RpX and thus resulting variations of the tripping current I_F1_0FF) the fuse Fl 30 can reliably trigger.
  • the case is shown which requires a shutdown via the fuse Fl 30 in regular operation. If, in regular operation, the output stage 16 is to be disconnected from the vehicle battery 20, the microcontroller 12 issues the corresponding command via the SHORT_CLOSE_ENDST signal.
  • the command is processed in the logic part 80 of the driver scarf ⁇ device 14 and the power section 82 switches on ⁇ closing simultaneously the high and low-side FET mindes ⁇ least one, but usually all three phases 50, 52, 54, (FET1 to FET6 56 to 66).
  • the driver circuit 14 since the voltage between nodes VS 100 and GND 102 breaks down to approximately 0 V, the driver circuit 14 requires power to keep the FETs 56 to 66 active To turn on, the driver circuit 14 must be powered by a local, buffered voltage. In the simplest case, this voltage can be realized via the decoupling diode Dl 88 and the buffer capacitor CB 96. The buffer capacitor 96 must be designed such that the driver circuit 14 can turn on all the FETs 56 through 66 for at least the time T_F1_0FF_MAX. The driver circuit 14 is then powered by the voltage between node VSI 104 and GNDI 106.
  • the case is now shown in which, in the event of a postponement, a switch-off takes place via the fuse with FETs 56 to 66 switched on.
  • the driver circuit 14 must continue to be sufficiently supplied in this case. This is ensured in the simplest case, the rectifier bridge circuit 86 with the diodes Dl 88, D2 90, D3 92 and D4 94.
  • the logic part 80 of the driver circuit 14 must recognize the reverse polarity case, for example, the voltages VS 100 and GND 102 read and compared with each other. In the reverse pole case, the voltage GND 102 is greater than VS 100. If a reverse pole case is detected, then the high-side and low-side FETs 56 to 66 should at least one, regularly all three phases 50, 52, 54, be automatically turned on via the driver circuit 14.
  • a buffered supply voltage across the buffer capacitor CB 96 is needed.
  • the buffer capacitor 96 must be designed such that the driver circuit 14 can turn on all the FETs 56 through 66 for at least the time T_F1_0FF_MAX.
  • the driver circuit 14 is then powered by the voltage between the nodes VSI 104 and GNDI 106.
  • An essential advantage of the method compared to the method without active switching on of the FETs is that that the voltage Vfd_DP from equation 1 is significantly reduced. This results in a higher tripping current I_F1_VP, which triggers the fuse more reliable even in the case of a weak or aged battery. In the case of a sufficiently charged battery, a higher tripping current causes a shortening of the tripping time T_F1_0FF, which generally places less stress on the components and the connection technology in the power path.

Landscapes

  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Treiberschaltung (14) zum Treiben einer Endstufe (16) in einem Steuergerät (10) vorgestellt. Die Treiberschaltung (14) umfasst einen Leistungsteil (82) und einen Logikteil (80), wobei ein Trennen der Endstufe (16) von einer Batterie (20, 22) durch Auslösen einer Sicherung (30) ermöglicht wird. Die Treiberschaltung (14) umfasst zusätzlich eine Pufferschaltung (84). Die Schalter (56 bis 66) mindestens einer Phase (50, 52, 54) der Endstufe (16) werden mit dem Leistungsteil (82) angesteuert, so dass ein ausreichend hoher Strom zum Auslösen der Sicherung (30) fließt, während die Pufferschaltung (84) in der Treiberschaltung (14) die Spannungsversorgung bereitstellt.

Description

Verfahren zum Treiben einer Endstufe in einem Steuergerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Treiben einer Endstufe in einem Steuergerät und eine Treiberschaltung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Reduzierung der Kraft, die zur Betätigung des Lenkrads eines Kraftfahrzeugs beim Lenken im Stand, beim Rangieren oder bei geringen Fahrgeschwindigkeiten nötig ist, verfügen heutzutage viele Fahrzeuge über eine Servolenkung (EPS: Electronic Power Steering) . Die Servolenkung unterstützt den Fahrer beim Lenken, indem die vom Fahrer aufgebrachte Kraft zum Lenken durch einen Elektromotor verstärkt wird. Zur Steuerung der Servolenkung werden dabei Steuergeräte eingesetzt .
Steuergeräte (ECU: Electronic Control Unit) sind elektroni¬ sche Module, die bspw. im Kfz-Bereich eingesetzt werden, um Komponenten des Fahrzeugs zu steuern bzw. zu regeln. In solchen Steuergeräten werden Endstufen eingesetzt, die Leistungsverstärker darstellen, die die letzte, elektronisch aktive Stufe in der Signalverarbeitung darstellen, bevor das verstärkte Signal an der Last, die im EPS-Fall ein Motor ist, angelegt wird.
Die ECU umfasst die für die EPS-Funktion wichtigen Kompo¬ nenten Mikrocontroller mit dem Programm einer Endstufe, die einen Dreiphasen-Synchron- oder Asynchronmotor ansteuern kann, sowie der dazwischen geschalteten Treiberschaltung. Die Endstufe besteht typischerweise aus sechs n-Kanal MOS¬ FETs mit jeweils zwei MOSFETs pro Motorphase. Die beiden MOSFETs einer Phase, bspw. High-Side FE T 1 und Low-Side FET2, werden PWM-moduliert im Gegentakt angesteuert. Die MOSFETs werden typischerweise von einer integrierten Sechs- Fach-Treiberschaltung angesteuert. Die Treiberschaltung verhindert dabei im Regelfall das gleichzeitige Einschalten von jeweils einem High- und Low-Side MOSFET einer Phase, bspw. FET1 und FET2.
Um einen MOSFET einzuschalten, d. h. den Drain- und Source- Anschluss niederohmig miteinander zu verbinden, muss die Treiberschaltung zwischen dem Gate- und Source-Anschluss dieses MOSFETs eine Spannung von typischerweise 10 V erzeu¬ gen. Um einen MOSFET auszuschalten, d. h. den Drain- und Source-Anschluss hochohmig zu entkoppeln, muss die Treiberschaltung zwischen dem Gate- und Source-Anschluss dieses MOSFETs eine Spannung von ca. 0 V erzeugen.
Bei einigen EPS-Systemen wird zusätzlich ein Relais bzw. Halbleiterrelais (HLR) verwendet. Bei Systemen mit HLR ist das HLR im Regelfall zwischen dem positiven Batteriean- schluss der ECU und der Motorendstufe angeordnet. Das HLR hat dabei im allgemeinen zwei Aufgaben: Im regulären Betrieb, d. h. Fahrzeugbatterie nicht verpolt, kann das HLR die Endstufe von der Batterie trennen. Im Verpolfall, bei dem der Plus- und Minusanschluss der Fahrzeugbatterie ver¬ tauscht wird, bleibt das HLR offen und sorgt dafür, dass kein Strom über die ECU-Endstufe fließt.
Besitzt ein EPS-System kein HLR, d. h. das HLR ist überbrückt, so ist das Trennen der Endstufe von der Batterie im regulären Betrieb nicht möglich. Bei diesem System müssen aber weitere konstruktive Maßnahmen vorgesehen werden, so dass eine Trennung von der Batterie nicht mehr notwendig ist. Diese Maßnahmen betreffen vorwiegend das Stecksystem sowie die Verkabelung im Fahrzeug, die im Regelfall robus¬ ter und damit teurer ausgeführt werden müssen.
Weiterhin wird bei Systemen ohne HLR im Regelfall der Ver- polschutz so realisiert, dass immer ein hoher Strom über die ECU-Endstufe und die immer vorhandene Systemsicherung Fl im Fahrzeug fließen muss. Der Strom fließt dabei über die Body-Dioden DPI bis DP 6 der Leistungs-MOSFETs FET1 bis FET6 und wird durch die Ersatzwiderstände Rpl bis Rp4 im Leistungspfad begrenzt. Der Strom durch die Sicherung Fl im Verpolfall berechnet sich näherungsweise zu:
I_F1_VP = (Ubat_VP - 2 * Vfd_DP) / (Rpl + Rp2 + Rp3 + Rp4)
(Gleichung 1) mit
I_F1_VP: Strom durch Sicherung im Verpolfall
Ubat_VP: Spannung der verpolten Batterie
Vfd_DP: Vorwärts-Spannung bzw. Spannungsabfall an der Bo- dy-Diode DPX
Rpl ... Rp4 : Ersatzwiderstände im Leistungspfad. Rpl, Rp2 sind dabei parasitäre Widerstände in der ECU, die durch die Verbindungs- und Filterelemente verur¬ sacht werden. Rp3, Rp4 sind Übergangswiderstände in den Stecksystemen sowie Zuleitungswiderstände.
Damit die Sicherung Fl zuverlässig auslöst, muss ein be¬ stimmter Auslösestrom I_F1_0FF erreicht werden. Aus Gleichung 1 folgt, dass der Strom I_F1_VP beeinflusst werden kann durch: Ubat_VP: je kleiner Ubat_VP wird, d.h. je schwächer die Batterie geladen ist bzw. je schlechter der Erhaltungszustand der Batterie ist, um so kleiner ist der Strom I_F1_VP . Ubat_VP kann über die ECU nicht beeinflusst werden.
Vfd_DP: je kleiner Vfd_DP ist, umso höher ist der Strom
I_F1_VP. Vfd_DP kann über die ECU beeinflusst werden. Wenn FET1 ...FET6 eingeschaltet werden, verringert sich Vfd_DP in Gleichung 1 typischerweise von ca. 2 V auf ca. 0,3 V.
Summe aus Rpl, Rp2, Rp3, Rp4 :
je kleiner die Summe ist, desto höher ist der Auslösestrom. Rpl und Rp2 können reduziert werden, wenn innerhalb der ECU größere und damit teurere Bauteile verwendet werden. Rp3 und Rp4 können reduziert werden, wenn Stecksysteme im Leistungspfad mit geringeren Übergangswiderständen verwendet werden und/oder die Zuleitungen im Querschnitt wachsen. Beide Maßnahmen verteuern das EPS-System.
Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren zum Treiben einer Endstufe in einem Steuergerät und eine Treiberschaltung hierfür gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Das beschriebene Verfahren dient zum Treiben einer Endstufe in einem Steuergerät mit einer Treiberschaltung, die einen Leistungsteil und einen Logikteil umfasst, wobei ein Tren¬ nen der Endstufe von einer Batterie durch Auslösen einer Sicherung ermöglicht wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Treiberschaltung zusätzlich eine Pufferschaltung umfasst und die Schalter, üblicherweise MOSFETs, mindestens einer Phase der Endstufe mit dem Leistungsteil angesteuert bzw. eingeschaltet werden, so dass ein ausreichend hoher Strom zum Auslösen der Sicherung fließt, während die Pufferschal¬ tung in der Treiberschaltung die Spannungs ersorgung bereitstellt.
Mit dem vorgestellten Verfahren ist es somit möglich, auch ohne HLR die Endstufe von der Batterie zu trennen.
In Ausgestaltung des Verfahrens wird in einem Mikrocontrol- ler ein Fall erkannt, der ein Trennen der Endstufe von der Batterie erforderlich macht In diesem Fall gibt der Mikro- controller einen entsprechenden Befehl an den Logikteil weiter, der Leistungsteil schaltet die beiden Schalter bzw. MOSFETs mindestens einer der Phasen der Endstufe ein, wäh¬ rend die Pufferschaltung die Treiberschaltung mit Spannung versorgt .
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass auf einem Mikroprozessor in dem MikroController eine Software zur Ausführung kommt, die den Fall erkennt, der das Trennen erforderlich macht .
Alternativ kann bei einer Verpolung der Batterie mittels des Logikteils erkannt und darauf mittels des Leistungsteil die Schalter bzw. MOSFETs mindestens einer der Phasen eingeschaltet werden, während die Pufferschaltung die Treiberschaltung mit Spannung versorgt.
In diesem Fall wird vorzugsweise lediglich mit in dem Lo¬ gikteil vorgesehener Hardware die Verpolung erkannt und es werden entsprechende Maßnahmen eingeleitet. Dies ist insbe¬ sondere erforderlich, da bei Verpolung der MikroController, mit dem die Treiberschaltung angesteuert werden kann, nicht mehr arbeitet bzw. auf dem Mikrocontroller vorgesehene Software nicht zur Ausführung kommt.
Es wird zudem eine Treiberschaltung zum Treiben einer Endstufe in einem Steuergerät vorgestellt, die insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens der vorstehend beschrie¬ benen Art dient. Die Treiberschaltung umfasst einen Leistungsteil und einen Logikteil, wobei der Leistungsteil Schalter, üblicherweise MOSFETs, der Endstufe ansteuert. Weiterhin umfasst die Treiberschaltung eine Pufferschal¬ tung, die zum Bereitstellen der SpannungsVersorgung der Treiberschaltung vorgesehen ist.
In Ausgestaltung umfasst die Pufferschaltung eine Gleichrichter-Brückenschaltung und einen Kondensator.
Es bietet sich an, dass der Logikteil eine Hardware auf¬ weist, die eine Verpolung einer angeschlossenen Batterie erkennt .
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren zum Treiben einer Endstufe der vorstehend beschriebenen Art durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Mikroprozessor eines Computers ausgeführt wird. Dieses Computerprogramm kann bspw. als die Software implementiert sein, die auf einem Mikroprozessor des MikroControllers zur Ausführung kommt, die gemäß Anspruch 3 beansprucht vorstehend beschrieben ist .
Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger, wie bspw. Diskette, CD, DVD, Festplatte, USB Memory Stick o.a., oder einem Internetserver als Computerprogrammprodukt gespeichert sein und von dort aus in das Speicher¬ element eines Steuergeräts übertragen werden. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt in einem Schaltbild eine Aus führungs form der vorgestellten Treiberschaltung, die in einer ECU zum Einsatz kommt.
Die Darstellung zeigt in einem Ersatzschatzbild ein Steuergerät bzw. eine ECU 10 mit einem MikroController 12, einer Treiberschaltung 14 und einer Endstufe 16. Die Endstufe 16 dient zur Ansteuerung eines Dreiphasen-Elektromotors 18. Zur Versorgung ist eine Batterie vorgesehen, die in der Darstellung für den regulären Betrieb 20 und für den Ver- polfall 22 dargestellt ist. Zum Trennen der Batterie 20, 22 von der ECU 10 ist eine Sicherung Fl 30 vorgesehen.
Weiterhin zeigt die Darstellung Ersatzwiderstände Rpl 32, Rp2 34, Rp3 36 und Rp4 38.
Die Endstufe 16 umfasst drei Phasen 50, 52 und 54, die je¬ weils über zwei Schalter, in diesem Fall MOSFETs, verfügen. So ist in der ersten Phase 50 der High-Side FET1 56 und der Low-Side FET2 58, in der zweiten Phase 52 der High-Side FET3 60 und der Low-Side FET4 62 und in der dritten Phase 54 der High-Side FET5 64 und der Low-Side FET6 66 vorgese¬ hen. Weiterhin zeigt das Ersatzschaltbild der Figur 1 die Body-Dioden DPI 70, DP2 72, DP3 74, DP4 76, DP5 78 und DP6 80.
Die Treiberschaltung 14 umfasst einen Logikteil 80, einen Leistungsteil 82 und eine Pufferschaltung 84. Die Pufferschaltung 84 wiederum umfasst eine Gleichrichter- Brückenschaltung 86 mit den Dioden Dl 88, D2 90, D3 92 und D4 94. Weiterhin ist ein Pufferkondensator CB 96 vorgesehen .
Zunächst muss zur weiteren Erklärung die Auslösezeit T_F1_0FF_MAX der Sicherung Fl 30 bestimmt werden. Diese wird anhand der Datenblattangaben der Sicherung Fl 30 ermittelt und sollte so dimensioniert werden, dass bei allen möglichen Verpol- und Abschaltfällen (Variation der Parameter Ubat_VP, Vfd_DP, RpX und sich dadurch ergebenden Variationen des Auslösestroms I_F1_0FF) die Sicherung Fl 30 zuverlässig auslösen kann.
Es wird zunächst der Fall dargestellt, der ein Abschalten über die Sicherung Fl 30 im regulären Betrieb erforderlich macht. Soll im regulären Betrieb die Endstufe 16 von der Fahrzeugbatterie 20 getrennt werden, gibt der Mikrocontrol- ler 12 über das Signal KURZSCHLUSS_ENDST den entsprechenden Befehl. Der Befehl wird im Logikteil 80 der Treiberschal¬ tung 14 verarbeitet und der Leistungsteil 82 schaltet an¬ schließend gleichzeitig den High- und Low-Side-FET mindes¬ tens einer, im Regelfall jedoch aller drei Phasen 50, 52, 54, (FET1 bis FET6 56 bis 66) ein.
Da in diesem Fall die Spannung zwischen Knoten VS 100 und GND 102 auf ca. 0 V einbricht, die Treiberschaltung 14 aber Energie benötigt, um die FETs 56 bis 66 weiterhin aktiv einzuschalten, muss die Treiberschaltung 14 über eine lokale, gepufferte Spannung versorgt werden. Diese Spannung kann im einfachsten Fall über die Entkoppeldiode Dl 88 und den Pufferkondensator CB 96 realisiert werden. Der Pufferkondensator 96 muss so ausgelegt sein, dass die Treiberschaltung 14 alle FETs 56 bis 66 für mindestens die Zeit T_F1_0FF_MAX einschalten kann. Die Treiberschaltung 14 wird dann über die Spannung zwischen Knoten VSI 104 und GNDI 106 versorgt .
Nunmehr wird der Fall dargestellt, bei dem bei einer Verpo- lung ein Abschalten über die Sicherung mit eingeschalteten FETs 56 bis 66 erfolgt. Die Treiberschaltung 14 muss in diesem Fall weiterhin ausreichend versorgt werden. Dafür sorgt im einfachsten Fall die Gleichrichter- Brückenschaltung 86 mit den Dioden Dl 88, D2 90, D3 92 und D4 94. Der Logikteil 80 der Treiberschaltung 14 muss den Verpol-Fall erkennen, indem bspw. die Spannungen VS 100 und GND 102 eingelesen und miteinander verglichen werden. Im Verpol-Fall ist die Spannung GND 102 größer als VS 100. Wird ein Verpol-Fall erkannt, so sollten die High-Side- und Low-Side-FETs 56 bis 66 mindestens einer, regelmäßig aller drei Phasen 50, 52, 54, über die Treiberschaltung 14 automatisch eingeschaltet werden.
Auch hier wird, wie im voranstehend erläuterten Fall, eine gepufferte Versorgungsspannung über den Pufferkondensator CB 96 benötigt. Der Pufferkondensator 96 muss so ausgelegt sein, dass die Treiberschaltung 14 alle FETs 56 bis 66 für mindestens die Zeit T_F1_0FF_MAX einschalten kann. Die Treiberschaltung 14 wird dann über die Spannung zwischen den Knoten VSI 104 und GNDI 106 versorgt.
Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens im Vergleich zu der Methode ohne aktives Einschalten der FETs besteht darin, dass die Spannung Vfd_DP aus Gleichung 1 deutlich reduziert wird. Es ergibt sich ein höherer Auslösestrom I_F1_VP, was auch im Falle einer schwachen oder gealterten Batterie die Sicherung zuverlässiger auslöst. Im Falle einer ausreichend geladenen Batterie bewirkt ein höherer Auslösestrom eine Verkürzung der Auslösezeit T_F1_0FF, was die Bauteile und die Verbindungstechnik im Leistungspfad im allgemeinen weniger belastet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Treiben einer Endstufe (16) in einem Steuergerät (10) mit einer Treiberschaltung (14), die einen Leistungsteil (82) und einen Logikteil (80) umfasst, bei dem ein Trennen der Endstufe (16) von einer Batterie (20, 22) durch Auslösen einer Sicherung (30) ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (14) zusätzlich eine Pufferschaltung (84) umfasst und die Schalter (56 bis 66) mindestens einer Phase (50, 52, 54) der Endstufe (16) mit dem Leistungsteil (82) angesteuert werden, so dass ein ausreichend hoher Strom zum Auslösen der Sicherung (30) fließt, während die Pufferschaltung (84) in der Treiberschaltung (14) die Spannungsversorgung bereitstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in einem Mikrocont- roller (12) ein Fall erkannt wird, der ein Trennen der Endstufe (16) von der Batterie (20, 22) erforderlich macht, der MikroController (12) einen entsprechenden Befehl an den Logikteil (80) weitergibt, der Leistungsteil (82) die Schalter (56 bis 66) mindestens einer der Phasen (50, 52, 54) der Endstufe (16) einschaltet und die Pufferschaltung (84) die Treiberschaltung (14) mit Spannung versorgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem auf dem Mikrocont- roller (12) eine Software zur Ausführung kommt, die den Fall erkennt, der das Trennen erforderlich macht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bei einer Verpolung der Batterie (20, 22) mittels des Logikteils (80) erkannt wird und darauf mittels des Leistungsteils (82) die Schal¬ ter (56 bis 66) mindestens einer der Phasen (50, 52, 54) eingeschaltet werden und die Pufferschaltung (84) die Trei¬ berschaltung (14) mit Spannung versorgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Fall der Verpolung lediglich mit in dem Logikteil (80) vorgesehener Hardware erkannt wird.
6. Treiberschaltung zum Treiben einer Endstufe (16) in einem Steuergerät (10), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die einen Leistungsteil (82) und einen Logikteil (80) umfasst, wobei der Leistungsteil (82) die Schalter (56 bis 66) der Endstu¬ fe (16) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (14) eine Puf fer schal tung (84) umfasst, die zum Bereitstellen der Spannungsversorgung der Treiberschaltung (14) dient.
7. Treiberschaltung nach Anspruch 6, bei der die Pufferschaltung (84) eine Gleichrichter-Brückenschaltung (86) und einen Pufferkondensator (96) umfasst.
8. Treiberschaltung nach Anspruch 6 oder 7, bei der der Logikteil (80) eine Hardware aufweist, die eine Verpolung einer angeschlossenen Batterie (20, 22) erkennt.
9. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren zum Treiben einer Endstufe (16) in einem Steuergerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Mikroprozessor eines Computers ausgeführt wird.
10. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein Verfahren zum Treiben einer Endstufe (16) in einem Steuergerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Mikroprozessor eines Computers ausgeführt wird.
PCT/EP2011/062302 2010-07-23 2011-07-19 Verfahren zum treiben einer endstufe in einem steuergerät Ceased WO2012010572A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11749754.5A EP2596562A1 (de) 2010-07-23 2011-07-19 Verfahren zum treiben einer endstufe in einem steuergerät

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010038309.0 2010-07-23
DE201010038309 DE102010038309A1 (de) 2010-07-23 2010-07-23 Verfahren zum Treiben einer Endstufe in einem Steuergerät

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012010572A1 true WO2012010572A1 (de) 2012-01-26

Family

ID=44534315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/062302 Ceased WO2012010572A1 (de) 2010-07-23 2011-07-19 Verfahren zum treiben einer endstufe in einem steuergerät

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2596562A1 (de)
DE (1) DE102010038309A1 (de)
WO (1) WO2012010572A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19835576A1 (de) * 1998-05-12 1999-11-18 Mannesmann Sachs Ag Ansteuersystem für einen permanenterregten Elektromotor mit wenigstens einem Strang
US6239566B1 (en) * 1998-05-12 2001-05-29 Mannesmann Sachs Ag Drive system for a permanently excited electric motor having at least one phase winding
DE102006028443A1 (de) * 2006-06-21 2008-01-03 Jungheinrich Aktiengesellschaft Steuereinheit für einen Gleichstrommotor
EP2140983A2 (de) * 2008-07-04 2010-01-06 Makita Corporation Elektrisches Werkzeug

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10159639A1 (de) * 2001-12-05 2003-06-26 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Aufrechterhaltung der Versorgungsspannung einer Stromrichterelektronik während einer Ankerkurzschlussbremsung einer stromrichtergespeisten Drehfeldmaschine
DE102008000147A1 (de) * 2008-01-25 2009-07-30 Zf Friedrichshafen Ag Anordnung und Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Antriebes
DE102008011597B4 (de) * 2008-02-28 2010-05-27 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Trennvorrichtung für einen Leistungshalbleiter und Verfahren zu deren Betreiben, Leistungsmodul und Systemanlage

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19835576A1 (de) * 1998-05-12 1999-11-18 Mannesmann Sachs Ag Ansteuersystem für einen permanenterregten Elektromotor mit wenigstens einem Strang
US6239566B1 (en) * 1998-05-12 2001-05-29 Mannesmann Sachs Ag Drive system for a permanently excited electric motor having at least one phase winding
DE102006028443A1 (de) * 2006-06-21 2008-01-03 Jungheinrich Aktiengesellschaft Steuereinheit für einen Gleichstrommotor
EP2140983A2 (de) * 2008-07-04 2010-01-06 Makita Corporation Elektrisches Werkzeug

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010038309A1 (de) 2012-01-26
EP2596562A1 (de) 2013-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009057587B4 (de) Verpolungsschutz für Mosfets
DE112014003605B4 (de) Antriebssteuerungsvorrichtung für einen elektrischen Motor
DE112010006027T5 (de) Gate-Treiber für einen MOSFET-Schalter, MOSFET-Schalter-System und Verfahren
DE102013103623A1 (de) Motorsteuervorrichtung
DE102016207195A1 (de) System zum aktiven Kurzschließen von Phasen eines Wechselrichters und Kraftfahrzeugantrieb
DE102014204783A1 (de) Motortreibervorrichtung
DE112016004258T5 (de) Elektronische Steuereinheit und Steuerverfahren für diese
DE102007024659A1 (de) Hilfskraftlenkung
DE102015205627A1 (de) Lastantriebsgerät
EP2608996B1 (de) Sicherheitsschaltung für einen elektromotor einer elektromechanischen lenkung
DE102005001703B4 (de) Elektrische Servolenkvorrichtung
DE102011088912A1 (de) Schaltungsanordnung zur Detektion eines Kurzschlusses bei einer Leistungsschalteranordnung
DE102013100165A1 (de) Motoransteuersystem
DE112018003901T5 (de) Leistungsumwandlungsvorrichtung, motormodul, elektrische servolenkungsvorrichtung
DE112018001671T5 (de) Leistungswandler, Motorantriebseinheit und elektrische Servolenkung
DE102010049117A1 (de) Gate-Ansteuerschaltung
DE102009019414A1 (de) Motorsteuersystem mit einem Mehrphasen-Umrichter
DE102016208231A1 (de) Elektronische Steuereinheit
DE112018001706T5 (de) Leistungswandler, motorantriebseinheit und elektrische servolenkvorrichtung
WO2018149663A1 (de) Schaltungsanordnung zum durchführen eines vergleichs
DE102013218314B4 (de) Antriebssteuervorrichtung für einen Motor
DE10356089B4 (de) Schaltungsanordnung und Verfahren zum Steuern eines induktiven Verbrauchers
EP1985522B1 (de) Schutzeinrichtung für eine Hilfskraftlenkung
WO2018036866A1 (de) Schaltungsanordnung zum koppeln eines elektrischen steuergeräts mit einer spannungsversorgung und elektrisches steuergerät
DE112016006613T5 (de) Elektronische Steuervorrichtung und Steuerverfahren dafür

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11749754

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011749754

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE