CN101185004B - 用于检测断线的方法和电路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在控制感性负载的全桥中连续地检测断线的方法和电路装置。在断开或者转接全桥时，其中首先切换依据本发明电路装置的可预先确定的开关装置，分接在首先切换的开关装置与负载之间的连接上所施加的电位。接着如果首先切换的开关装置与供电电位相连接，则将分接的电位与接地电位进行比较，或者如果首先切换的开关装置与接地电位相连接，则与供电电位进行比较。如果两个所比较的电位在空转中没有不同，则确定断线。

Description

用于检测断线的方法和电路装置
技术领域
本发明涉及用于在全桥中连续检测断线的方法和电路装置，所述全桥包括在供电电位与接地电位之间运行的四个开关装置并且控制负载，其中，对每个开关装置分别并联二极管。
背景技术
本发明的技术领域涉及在全桥中对断线(Leitungsbruch)的检测。众所周知采用全桥和H桥用于控制机动车中的直流电动机，例如节流阀、废气再循环装置或者诸如此类，以便能够在在前向和反向上运行直流电动机。在此，出于诊断目的重要的是，也在直流电动机的运行期间检测在全桥或H桥中潜在的断线。
迄今已公知两种方法来识别在全桥处的断线。第一种方法以电流测量为基础。在这种情况下，对通过全桥的电流进行测量并且与基准电流进行比较。如果所测量的电流未超出基准电流，则公知地认为存在断线。然而，执行机构或电动机中的电流上升取决于其电特性。因此在切换时间调整为过短的情况下可能出现错误的断线识别。这可以通过适当地选择过滤时间来避免。但因此产生高耗费来使过滤时间对于相应的执行机构相匹配。也就是说，针对所使用的每个执行机构必须首先确定过滤时间并然后针对执行机构调整。为了与相应的执行机构相匹配，必须施加时间和匹配测试。在此引起用于检测断线的附加成本。
第二种方法以电压测量为基础。为此在全桥的输出端处设置用于诊断的适当装置。不利的是，在这种第二方法中必须确保全桥在诊断时处于断开状态。据此在这种第二方法中，在执行机构的运行期间连续的断线识别、也即诊断是不可能的。此外，在第二种方法中必须启动、也即促使用于断线识别的电压测量。该第二方法与第一种方法相比附加地需要进一步的时间耗费。
发明内容
因此，本发明所基于的任务在于，在全桥处进行连续的断线识别，其中，断线识别应该与流经感性负载的电流无关。
根据本发明的用于在控制感性负载的全桥中连续地检测断线的方法，所述全桥包括在供电电位与接地电位之间运行的四个开关装置，具有以下步骤：
断开或者转接全桥，其中，首先切换可预先确定的开关装置；
分接在首先切换的开关装置与负载之间的连接上所施加的电位；
如果首先切换的开关装置与接地电位相连接，则将分接的电位与供电电位进行比较，或者如果首先切换的开关装置与供电电位相连接，则与接地电位进行比较；以及
如果两个所比较的电位在空转中没有不同，则确定断线。
根据本发明的用于在控制感性负载的全桥中连续地检测断线的电路装置，所述全桥包括在供电电位与接地电位之间运行的四个开关装置，具有：
控制电路，所述控制电路转接或者断开全桥，其中，控制电路首先切换可预先确定的开关装置；
比较装置，如果首先切换的开关装置与接地电位相连接，则所述比较装置将在首先转接的开关装置与负载之间的连接上所施加的电位与供电电位进行比较，或者如果首先切换的开关装置与供电电位相连接，则与接地电位进行比较，以及如果两个所比较的电位在空转中没有不同，则在输出端侧提供正信号电平；以及
分析装置，所述分析装置在输入端侧接收所提供的信号电平并且如果所接收的信号电平在空转中不为正，则确定存在断线。
有利地，依据本发明能够在感性负载或感性执行机构的切换运行中实现连续的断线检测。不必使依据本发明的方法或依据本发明的电路装置与相应的要控制的负载或与相应的执行机构相匹配。此外，不必特意地为检测而启动电位测量。由此本发明能够在全桥中简单地并因此还成本低地检测断线。
本发明的有利扩展方案和改进方案由从属权利要求以及参照附图的说明得出。
依据本发明的一种优选改进方案，对每个开关装置的负载段分别并联布置二极管。通过分别布置的二极管确保，在切换电路装置时、也就是在负载运行时也可以测量电位差。
依据本发明的一种优选扩展方案，控制电路分别为开关装置产生控制信号，利用其可以分别转接开关装置，其中，控制电路将四个控制信号中的刚好一个在其他控制信号之前传输用以切换到可预先确定的开关装置上。有利地，控制电路根据方向设定和控制时钟(Ansteuertakt)产生控制，所述控制当在运行方向之间和在接通与空转之间切换时防止贯穿电流
Figure G2006800084424D00031
空转可以通过在空转路径中所激活的开关主动地或者通过并联的二极管被动地实现。
依据另一优选的扩展方案，比较装置具有：
a)第一比较器，所述第一比较器将在第一开关装置与负载之间的连接上所施加的第一电位与供电电位进行比较并且如果两个所比较的电位在空转中不相同，则在输出端侧提供正逻辑信号电平；
b)第二比较器，所述第二比较器将在第二开关装置与负载之间的连接的第二电位与供电电位进行比较并且如果两个所比较的电位在空转中不相同，则在输出端侧提供正逻辑信号电平；
c)第三比较器，所述第三比较器将在第三开关装置与负载之间的连接的第三电位与接地电位进行比较并且如果两个所比较的电位在空转中不相同，则在输出端侧提供正逻辑信号电平；和
d)第四比较器，所述第四比较器将在第四开关装置与负载之间的连接的第四电位与接地电位进行比较并且如果两个所比较的电位在空转中不相同，则在输出端侧提供正逻辑信号电平。
依据另一优选扩展方案，分析装置对由比较器在输出端侧所提供的信号电平进行分析并且在此如果比较器在空转中不提供正信号电平，则确定断线。有利地，分析电路在这种情况下评价控制是否足以产生空转(Freilauf)。
依据另一优选扩展方案，至少一个开关装置作为MOSFET、特别是作为功率MOSFET来构成。由于MOSFET依赖于技术地已经具有空转二极管，在使用MOSFET时有利地不必设置特意与开关装置并联的二极管。
依据另一优选扩展方案，四个开关装置分别作为双极晶体管来构成并且相应的二极管作为与双极晶体管并联的外部二极管来构成。
依据另一优选扩展方案，四个开关装置分别作为达林顿(Darlington)晶体管来构成并且相应的二极管作为与达林顿晶体管并联的外部二极管来构成。
依据另一优选扩展方案，至少一个开关装置作为IGBT(绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolartransistor))来构成并且相应的二极管作为与相应的IGBT并联的外部二极管来构成。
发明内容
下面借助在示意性图中所示的实施例对本发明进行更详细的说明。其中：
图1示出用于按照供电电位在空转时在全桥中连续检测断线的本发明电路装置的优选实施例的示意框图；
图2示出依据图1用于按照接地电位在空转时在全桥中连续检测断线的本发明电路装置的优选实施例的示意框图；以及
图3示出用于在全桥中连续检测断线的本发明方法的优选实施例的示意流程图。
在所有图中，只要没有其他说明，相同的或功能相同的元件和信号具有相同的附图标记。
具体实施方式
出于清楚明了的原因，提供图1和2用于示出依据本发明的电路装置。在图1中示出比较装置90的比较器91和92，所述比较器按照供电电位6在负载4空转时检测空转电压并将所检测的信号电平P1、P2传输到分析装置(Auswerteeinrichtung)10。而在图2中示出比较装置90的比较器93和94，所述比较器按照接地电位5在负载4空转时检测空转电压并将所检测的信号电平P3、P4传输到分析装置10。
也即图1示出用于按照供电电位6在空转时在全桥2中连续检测断线1的电路装置的优选实施例的示意框图。
该电路装置具有全桥2。全桥2由在供电电位Ubat与接地电位U0之间运行的四个开关装置31-34组成。给每个开关装置31-34分别并联二极管7。全桥2用于控制感性负载4。
依据本发明的电路装置此外具有控制电路8，所述控制电路分别产生控制信号S1-S4用于控制开关装置31-34，利用其可分别切换开关装置31-34。例如，控制电路8借助第一控制信号S1控制第一开关装置31。此外，控制装置8以短时间延迟的方式传输四个控制信号S1-S4中的刚好一个用以转接到可预先确定的开关装置31-34上，从而避免贯穿电流。
依据本发明的电路设置此外具有第一比较器91，所述第一比较器将第一开关装置31和负载4的连接的第一电位U1与供电电位Ubat进行比较并且如果第一电位U1在空转中大于供电电位Ubat(U1＞Ubat)，则在输出端侧提供正逻辑信号电平P1。如果U1＝Ubat，那么第一比较器91提供负逻辑信号电平。对于U2＝Ubat，这类似地适用于比较器92。
依据本发明的电路装置还具有第二比较器92，所述第二比较器将第二开关装置32和负载4的第二电位U2与供电电位Ubat进行比较并且如果第二电位U2大于供电电位Ubat(U2＞Ubat)，则在输出端侧提供正逻辑信号电平P2。
此外，依据本发明的电路装置具有分析装置10，所述分析装置对由比较器91、92在输出端侧提供的信号电平P1、P2进行分析并在此如果在控制周期内没有出现正信号脉冲P1或者P2，则确定断线1。
图2示出用于按照接地电位5在空转时在全桥2中连续检测断线1的本发明电路装置的优选实施例的示意框图。
为了能够按照接地电位5在空转时确定断线1，本发明电路装置的比较装置90具有比较器93和94。在输出端侧，第三和第四比较器93、94与第一比较器91和第二比较器92一样与分析装置10相连接。
第三比较器93将第三开关装置33和负载4的连接的第三电位U3与接地电位U0进行比较并且如果第三电位U3小于接地电位U0(U3＜U0)，则在输出端侧提供正逻辑信号电平P3。如果U3＝U0，那么第三比较器93提供负逻辑信号电平。对于U4＝U0，这类似地适用于比较器94。
第四比较器94将第四开关装置34和负载4的连接的第四电位U4与接地电位U0进行比较并且如果第四电位U4小于接地电位U0(U4＜U0)，则在输出端侧提供正逻辑信号电平P4。
图3示出用于在全桥2中连续检测断线1的本发明方法的优选实施例的示意流程图，该方法可借助于根据图1和2的电路装置来实施。
用于检测断线1的本发明方法在负载4运行时利用控制时钟来执行。
方法步骤a：
断开或者转接全桥2，其中，首先切换(schalten)可预先确定的开关装装置31-34。
方法步骤b：
分接在首先切换的开关装置31-34与负载4之间的连接上所施加的电位U1-U4。
方法步骤c：
如果首先切换的开关装置31-34与接地电位U0连接，则将分接的电位U1-U4与供电电位Ubat进行比较，或者如果首先切换的开关装置31-34与供电电位(6)连接，则与接地电位U0进行比较。
方法步骤d：
如果两个所比较的电位U1-U4、U0、Ubat在空转中没有不同，则确定断线1。
虽然上面借助优选实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于此，而是可以以各种各样的方式予以修改。例如，也可以设想将不同于上述的晶体管用作开光装置。此外，所使用的比较器也可以通过其他装置(例如微处理器)取代，所述其他装置比较相应的电位并在正的比较时提供正信号电平。此外，也可以使信号电平的逻辑相反。通过使开关装置的导电类型n对p(n gegen p)颠倒并且反之亦然而得出任意多个其他电路方案，而不偏离原则上本发明的构思。
需要指出的是，在图1和2中所示的断线1此处仅视为示例性的。依据本发明可以在电路的任意位置处检测任何断线1并通过适当的分析来分配。
在图1和2中所示的四个开关装置31-34这里作为功率MOSFET来构成并且相应的二极管7作为功率MOSFET的寄生二极管来构成。
然而，依据图1和2的四个开关装置31-34也可以通过任意其他的开关装置、例如作为双极晶体管、作为达林顿晶体管或者作为IGBT来构成。

Claims (11)

1.用于在控制感性负载(4)的全桥(2)中连续地检测断线(1)的方法，所述全桥包括在供电电位(Ubat)与接地电位(U0)之间运行的四个开关装置(31-34)，具有以下步骤：
a)断开或者转接全桥(2)，其中，首先切换可预先确定的开关装置(31-34)；
b)分接在首先切换的开关装置(31-34)与负载(4)之间的连接上所施加的电位(U1-U4)；
c)如果首先切换的开关装置(33、34)与接地电位(U0)相连接，则将分接的电位(U1-U4)与供电电位(Ubat)进行比较，或者如果首先切换的开关装置(31、32)与供电电位(6)相连接，则与接地电位(U0)进行比较；以及
d)如果两个所比较的电位(U1-U4、U0、Ubat)在空转中没有不同，则确定断线(1)。
2.用于在控制感性负载(4)的全桥(2)中连续地检测断线(1)的电路装置，所述全桥包括在供电电位(Ubat)与接地电位(U0)之间运行的四个开关装置(31-34)，具有：
控制电路(8)，所述控制电路转接或者断开全桥(2)，其中，控制电路(8)首先切换可预先确定的开关装置(31-34)；
比较装置(90)，如果首先切换的开关装置(33、34)与接地电位(U0)相连接，则所述比较装置将在首先转接的开关装置(31-34)与负载(4)之间的连接上所施加的电位(U1-U4)与供电电位(Ubat)进行比较，或者如果首先切换的开关装置(31、32)与供电电位(Ubat)相连接，则与接地电位(U0)进行比较，以及如果两个所比较的电位(U1-U4、U0、Ubat)在空转中没有不同，则在输出端侧提供正信号电平(P1-P4)；以及
分析装置(10)，所述分析装置在输入端侧接收所提供的信号电平(P1-P4)并且如果所接收的信号电平(P1-P4)在空转中不为正，则确定存在断线(1)。
3.按权利要求2所述的电路装置，其特征在于，分别使二极管(7)与每个开关装置(31-34)的负载段并联布置。
4.按权利要求2所述的电路装置，其特征在于，控制电路(8)分别为开关装置(31-34)产生控制信号(S1-S4)，利用其可以分别转接开关装置(31-34)，其中控制电路(8)将四个控制信号(S1-S4)中的刚好一个在其他控制信号(S1-S4)之前传输用于转接到可预先确定的开关装置(31-34)上。
5.按权利要求2所述的电路装置，其特征在于，比较装置(90)具有：
a)第一比较器(91)，所述第一比较器将在第一开关装置(31)与负载(4)之间的连接上所施加的第一电位(U1)与供电电位(Ubat)进行比较并且如果两个所比较的电位(U1、Ubat)在空转中不相同，则在输出端侧提供正逻辑信号电平(P1)；
b)第二比较器(92)，所述第二比较器将在第二开关装置(32)与负载(4)之间的连接上所施加的第二电位(U2)与供电电位(Ubat)进行比较并且如果两个所比较的电位(U2、Ubat)在空转中不相同，则在输出端侧提供正逻辑信号电平(P2)；
c)第三比较器(93)，所述第三比较器将在第三开关装置(33)与负载(4)之间的连接上所施加的第三电位(U3)与接地电位(U0)进行比较并且如果两个所比较的电位(U3、U0)在空转中不相同，则在输出端侧提供正逻辑信号电平(P3)；以及
d)第四比较器(94)，所述第四比较器将在第四开关装置(34)与负载(4)之间的连接上所施加的第四电位(U4)与接地电位(U0)进行比较并且如果两个所比较的电位(U4、U0)在空转中不相同，则在输出端侧提供正逻辑信号电平(P4)。
6.按权利要求5所述的电路装置，其特征在于，分析装置(10)对由比较器(91-94)在输出端侧提供的信号电平(P1-P4)进行分析并且在此如果在空转中比较器(91-94)不提供正信号电平(P1-P4)，则确定断线(1)。
7.按前述权利要求2-6中的任一项所述的电路装置，其特征在于，至少一个开关装置(31-34)作为MOSFET来构成。
8.按前述权利要求7所述的电路装置，其特征在于，所述MOSFET是功率MOSFET。
9.按前述权利要求2-6中的任一项所述的电路装置，其特征在于，至少一个开关装置(31-34)作为具有空转二极管的双极晶体管来构成。
10.按前述权利要求2-6中的任一项所述的电路装置，其特征在于，至少一个开关装置(31-34)作为具有空转二极管的达林顿晶体管来构成。
11.按前述权利要求2-6中的任一项所述的电路装置，其特征在于，至少一个开关装置(31-34)作为具有空转二极管的IGBT来构成。
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