CN104656000B

CN104656000B - 检测开关结构中的短路的器件和方法

Info

Publication number: CN104656000B
Application number: CN201410674096.XA
Authority: CN
Inventors: A.帕斯夸莱托
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Motor Co Of France
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2020-01-21
Anticipated expiration: 2034-11-21
Also published as: US20150145553A1; US9568560B2; FR3013919A1; CN104656000A; FR3013919B1

Abstract

本发明涉及一种用于为电感性负载供应电力的器件。用于为电感性负载供应电力的器件包括被设计成控制负载中的电流的开关结构以及用于检测异常的装置，所述用于检测异常的装置被设计成生成关于检测到在向负载的电缆连接中能够发生的短路类型的异常的信息或者关于未检测到在向负载的电缆连接中能够发生的短路类型的异常的信息，以及关于有效性的信息，有效性是指关于未检测到异常的信息的有效性。如果在适当的时间窗口结束时所测量的电流低于给定电流数值，则在不置位有效性信息的情况下递送关于未检测到异常的信息。

Description

检测开关结构中的短路的器件和方法

技术领域

本发明总体上涉及电感性负载的供电。

更具体来说，本发明涉及检测可能在诸如例如晶体管桥之类的开关结构中发生的异常（诸如短路），所述开关结构被设计用于控制电感性负载中的给定数值的电流。

背景技术

本发明特别应用在汽车领域中。其例如可以被实施在合并有诸如H桥之类的开关结构的电子电路中。

在汽车工业中，这样的集成电路被用于控制诸如例如电动机之类的电感性负载中的电流的方向和/或强度。

这些电动机可以被使用在用于致动器的电子控制***中。这例如可以是用于控制节流阀门（或ETC器件，即“电子节流控制”）或废气再循环阀门（或EGR器件）或者用在引擎或其他控制中的任何其他阀门的器件。更一般来说，其可以是由电动机致动的任何其他设备，诸如例如电动车窗。

用于这样的电感性负载的电力供应装置通常使用诸如开关H桥之类的开关结构。H桥包括四个功率开关，即处于正电力供应侧（例如产生正电力供应电压的电池）的两个“高”开关，以及处于负电力供应或接地侧的两个“低”开关。每一个开关通常包括MOS（金属氧化物半导体）功率晶体管。

基于设定点控制信号产生用于所述四个晶体管的模拟控制信号的序列。所述设定点信号和模拟控制信号通常是脉冲宽度调制信号，或PWM信号。其占空比允许控制注入到电感性负载中的电流的数量，并且因此，控制该负载中的平均电流强度。

在图2中图示了根据分层架构的电子控制***的功能分解的一个实例。在分层结构中处于最高层的层21（称为“应用”层）允许选择一个参数集合（初始化）。在所述***的层22（被称作“控制”层）中生成设定点信号，层22在层23（或“命令”层）上方，层23本身处于由H桥的电子元件构成的层24（或“硬件”层）上方。关于硬件和/或软件实现方式，“命令”层23和“硬件”层24可以被形成在同一集成电路内。“应用”层21和“控制”层22可以被实施在汽车的计算机的微处理器中。

一种给定策略导致在某些给定配置中在设定点信号的频率下控制H桥。其他配置则相反地被禁止，诸如例如高开关和低开关被一起闭合从而在电池与接地之间产生短路的配置。

短路可能发生在H桥的各个输出之间、或者每一个输出与接地之间或者每一个输出与电池的正电压之间的电缆连接中。H桥通过在发生短路的情况下将其自身与电力断开来保护其自身，并且因此避免其自身受到破坏。

通过测量流经功率晶体管的电流可以检验潜在短路的存在。这一测量必须在控制信号的一个周期期间，在完全包括在控制信号的所述周期的部分内的时间窗口内部来实施，其中后者不会改变电气状态，其显然取决于占空比。如果在这一参考时间窗口期间测量的电流超出被称作短路电流的给定阈值，则在***的“命令”层23中声明异常。

但是在“控制”层22中，一般的策略是过滤罕见的故障发生，其中所述发生在任何情况下都将无法在维修车间中的诊断测试期间得到确认。为了克服检测过于灵敏的问题，可以通过几个相继的检验实施一种确认机制。这种机制可以基于分别与所考虑的每一种异常相关联的异常计数器。这一异常计数器例如可以在***的“应用”层21中依赖于如下信息被保持更新，该信息与在实施每一项检验时从“硬件”层24经由“控制”层22和“命令”层23反馈的所述异常的存在或不存在有关。因此，如果所述检验产生关于异常存在的肯定结果，则异常计数器被递增，并且在相反的情况下可以被递减。

但是可以有可能发生如下情况：所述检验无法检测到实际仍然存在的异常。这样的情况例如包括以下非限制性情况：

· 在检验时不可能检测到H桥的配置中的短路（例如如果所寻找的短路与所述配置中处于闭合状态的开关并联的话）；

· 相对于观察到在允许检测短路的负载中的电流中异常上升所需的时间，可用于检验的时间不足（由于设定点信号的频率和占空比，和/或潜在地由于短路的电感）；

· 短路电流的不足（由于电池的电压，和/或潜在地由于短路的电阻）。

为此原因，所述确认机制还可以生成与关于异常不存在的信息相关联的有效性信息，以便区分异常真实不存在的情况与没有检测到异常但是关于该异常的存在或不存在仍有不确定性的情况。实际上，在给定检验期间未能检测到异常的这一事实并不一定指示所述异常不存在。

因此，当与异常不存在有关的信息被反馈到“控制”层22时，只有在有效性位被附加地置位的情况下，异常计数器才递增。如果有效性位未被置位，则计数器被保持在其当前状态（既不递增也不递减）。

根据前述原理操作的异常检测器件在有效性位方面相对缓慢。实际上，电流异常检测器件在具有固定持续时间的时间窗口内部实施电流测量。在不存在短路的情况下，这一持续时间可以处于30和55μm的范围内。如果检测到短路，则在检测到短路时置位有效性位，这很有可能在远低于30μs的时间内进行。假定H桥保持在给定配置中的周期取决于占空比，并且考虑将要覆盖的占空比的范围（在理想情况下是设定点信号的周期的10%到90%，并且通常最少是该范围的20%到80%），在该例中发现对于高于3.6kHz的频率，在已知的器件中对于异常位的使用并不令人满意。在超出这一频率的情况下，对于异常的检测并非最优，因为***非常经常地处于前面所提到的情况之一，以至于许多接连的检验产生不确定的情况，从而导致不可能将有效性位纳入考虑。

在这些情况下，如前面所呈现的使用有效性位来管理异常计数器的做法实际上会降低异常检测的性能。为此原因，当前必须以高于大约3.6kHz的频率操作的***不使用有效性位。因此，关于异常的存在或不存在的所有不确定情况都通过上行馈送（upfeed）与未检测到异常有关的信息来应对，而不进行任何其他可能的区分。在存在真实异常的情况下，这种类型的检测可能会在提供到“应用”层21的响应中生成延迟。在某些情况下，已知的器件不允许检测到异常的存在。

发明内容

本发明例如以在前面的介绍中呈现的有效性位的形式提供对于有效性信息的管理，这提供对于异常的更高性能的检测。即使以高于3.6kHz的频率控制H桥时，所提供的解决方案也允许在异常检测中保留相同的可靠性水平，除了其他的之外，这归因于集成电路的时钟的更高精度、对于短路检测的判定的预期以及在应用层级调节参考时间窗口的持续时间的可能性。

为此目的，本发明的第一方面提供一种用于为电感性负载供应电力的器件，其包括：

· 包括至少一个功率开关并且被设计成控制所述负载中的电流的开关结构，以及

· 用于检测异常的装置，被设计成生成关于检测到短路类型的异常的信息或者关于未检测到短路类型的异常的信息，以及关于有效性的信息，所述有效性是指关于未检测到异常的信息的有效性，所述关于有效性的信息在默认情况下未被置位，

一种器件，其中用于检测异常的装置包括：

- 用于测量电流的装置，被设计成在检测时间窗口内测量功率开关中的电流，所述开关结构在所述检测时间窗口期间被保持在给定配置中，

- 比较装置，被设计成把所测量的电流与短路电流阈值进行比较并且与低于短路电流阈值的中间电流阈值进行比较，

并且其中，检测时间窗口（T_diag）包括跟随在功率开关激活之后的参考时间窗口，并且视需要还包括跟随在所测量的电流超出中间电流阈值的时刻之后的辅助时间窗口，所述比较装置还被设计成：

·如果所测量的电流在参考时间窗口结束之前达到短路电流阈值，则递送关于检测到异常的信息并且置位有效性信息，

· 如果所测量的电流直到参考时间窗口到期一直保持低于中间电流阈值，则递送关于未检测到异常的信息并且置位有效性信息，

·如果所测量的电流在参考时间窗口结束之前变为高于中间电流阈值但是直到检测时间窗口结束一直保持低于短路电流阈值，则递送关于未检测到异常的信息并且置位有效性信息，

· 如果所测量的电流在参考时间窗口结束之前变为高于中间电流阈值但是在检测时间窗口结束之前变为高于短路电流阈值，则递送关于检测到异常的信息并且置位有效性信息。

减小生成有效性位所需要的时间窗口，即使在高于3.6kHz的频率控制所述***时也允许使用这样的有效性位。为此原因，所述异常检测机制的精度得以提高，因为只有关于不存在异常的有效检测才能产生异常计数器的递减。

根据所述器件的实施例，可以提供以下特征的全部或部分：

· 所述器件还可以包括串行通信装置，其被设计成允许所述器件与处于所述器件外部的控制单元进行通信，

· 所述器件可以被设计成经由串行通信装置向“控制”层传送异常信息和有效性信息，

· 所述器件还可以包括第一可编程存储装置，其被设计成存储各个电流阈值的可修改数值，

· 第一可编程存储装置可以由“控制”层经由串行通信装置来编程，

· 所述器件还可以包括第二可编程存储装置，其被设计成存储参考时间窗口的持续时间的可修改数值以及辅助时间窗口的持续时间的可修改数值，

· 第二可编程存储装置可以由“控制”层经由串行通信装置来编程，以及

· 所述开关结构可以包括至少一个功率开关并且可以被设计成作为经过脉冲宽度调制的用于功率开关的至少一个控制信号的函数来控制负载中的电流。在这种情况下，所述用于检测异常的装置可以被设计成通过将占空比强制到100%来操作。

本发明的第二方面涉及一种用于通过一种器件向电感性负载供应电力的方法，所述器件包括

· 用于检测异常的装置，被设计成生成关于在所述负载的电缆连接中检测到短路类型的异常的信息或者关于在所述负载的电缆连接中未检测到短路类型的异常的信息，以及关于有效性的信息，所述有效性是指关于未检测到异常的信息的有效性，所述关于有效性的信息在默认情况下未被置位，

所述方法包括：

- 在检测时间窗口内测量功率开关中的电流，所述开关结构在所述检测时间窗口期间被保持在给定配置中，在所述给定配置中功率开关被闭合，以及

- 把所测量的电流与短路电流阈值进行比较并且与低于短路电流阈值的中间电流阈值进行比较，

所述检测时间窗口包括跟随在功率开关闭合之后的参考时间窗口，并且在必要时还包括跟随在所测量的电流超出中间电流阈值的时刻之后的辅助时间窗口，所述方法还包括：

·如果所测量的电流在参考时间窗口结束之前变为高于中间电流阈值但是直到检测时间窗口结束一直保持低于短路电流阈值，则递送关于未检测到异常的信息并且置位有效性信息，以及

附图说明

通过阅读后面的描述，本发明的其他特征和优点将变得更加显而易见。后面的描述纯粹是说明性的，并且必须参照附图来阅读，其中：

- 图1是包括H桥的开关结构的一个实例的示意性电路图；

- 图2已经在介绍中做了描述，图示了根据分层架构的用于向电感性负载供应电力的***的功能分解的一个实例；

- 图3a、3b、3c是图示用于借助图1的H桥通过脉冲宽度调制来控制电感性负载的各种配置的图，

- 图4a和4b是示出了周期性脉冲宽度调制设定点控制信号以及受控电感性负载中的电流的相应的时间变化的曲线图；

- 图5是根据一些实施例的控制器件的一个实例的示意性电路图；以及

- 图6a、6b、6c、6d、6e、6f示出了在检验短路的存在（或不存在）期间作为时间的函数的轻微电感性短路期间的电流的曲线图。

具体实施方式

后面在用于控制电感性负载（诸如用在汽车中的电动机）中的电流的方向和/或强度的集成电路的一种示例性应用中描述各个实施例。

如图1中示意性地示出的那样，H桥包括四个功率开关，即处于电力供应的正侧（例如产生正电力供应电压Vbat的车辆的电池5）的两个“高”开关，以及处于车辆的电力供应的负侧或接地Gnd的两个“低”开关。

这样的开关结构包括四个开关，其例如分别具有MOS功率晶体管。第一晶体管M1连接在正电力供应端子（例如电池的电压Vbat被施加在该处）与第一节点OUT1之间。第二晶体管M2连接在所述节点OUT1与接地端子Gnd之间。第三晶体管M3连接在第二节点OUT2与接地端子Gnd之间。最后，第四晶体管M4连接在正电力供应端子Vbat与所述第二节点OUT2之间。晶体管M1和M4被称作“高侧”晶体管，并且晶体管M2和M3被称作“低侧”晶体管。

在第一高晶体管M1与第一低晶体管M2之间的节点OUT1对应于H桥的第一输出，第一高晶体管M1与第一低晶体管M2串联在Vbat与Gnd之间。类似地，第二高晶体管M4与第二低晶体管M3之间的节点OUT2对应于H桥的第二输出，第二高晶体管M4与第二低晶体管M3串联在Vbat与Gnd之间。

所述电感性负载（例如图1所示的实例中的电动机1）被连接在H桥的输出OUT1与OUT2之间。

从设定点控制信号产生分别用于控制四个晶体管M1到M4的模拟信号S1到S4的序列。所述设定点控制信号是在***的“控制”层22内生成的，“控制”层22处于“命令”层23上方，“命令”层23又处于“硬件”层24上方，“硬件”层24由H桥本身的电子元件形成。该序列是取决于应用根据给定控制策略产生的。图2示出了根据一个示例性实施例的根据给定分层结构的分解电力供应***的各个层。所述***的元件和功能是用硬件和/或软件的形式实施的。

所述控制策略使得在某些给定配置中控制H桥。其他配置则相反地被禁止，诸如例如其中开关M1和M2被一起闭合的配置，这是为了避免将电池5连接到接地Gnd。

通常可以根据三种可能的状态或配置来控制H桥，后面将参照图3a、3b和3c进行描述。

在第一状态中，由高晶体管M1和低晶体管M3形成的对在这些晶体管导通时（开关闭合）允许使得电流在如图3a中由箭头所指示的第一方向上从Vbat到Gnd流经电动机1。那么晶体管M2和M4被关闭（开关断开）。

相反，在第二状态中，由低晶体管M2和高晶体管M4形成的对在这些晶体管导通时（开关闭合）允许使得电流在如图3b中由箭头所指示的另一方向上再次从Vbat到Gnd流经电动机1。那么晶体管M1和M3被关闭（开关断开）。

最后，在图3c中图示的第三状态中，高晶体管M1和M4被关闭（开关断开）并且低晶体管M2和M3导通（开关闭合）。这样允许以经过低晶体管M2和M3流动到接地Gnd的电流的形式排空累积在电感性负载中的能量，如图3c中由箭头所示的那样。这一状态被称为“续流（freewheeling）”状态。其可以分别在高晶体管M1或高晶体管M4断开之后接续H桥在前面提到的第一状态或第二状态中的操作而被控制。

应当提到的是，还可以通过其他手段实现前面描述的并且在图3c中示出的续流状态。例如在高晶体管M1和M4导通并且低晶体管M2和M3断开时。还有可能使用结构二极管，从而允许仅使用一个导通的晶体管或者甚至没有导通的晶体管。取决于用于控制H桥的各个晶体管的策略，续流期间的电流减小可以有所不同。

将认识到，本发明不限于开关结构的类型。显著地，其还适用于半桥开关结构，换句话说仅有两个MOS功率晶体管，或者适用于仅有一个功率开关的开关结构。而且，图3a、3b、3c中所示出的一个或多个功率开关的实施例仅仅是一个非限制性实例。取代MOS晶体管，这些开关可以分别包括另一种类型的晶体管：FET（场效应晶体管）；BJT（双极结型晶体管）；iGBT（绝缘栅双极型晶体管）等。其还可以包括这样的晶体管的组件，可能是与诸如电阻器、电容器等之类的其他部件的组件。

可以使用将H桥连接到负载的被称作“应用电缆连接”的电缆连接，从而允许对负载进行控制。在应用电缆连接中可能发生物理异常，特别是输出OUT1和OUT2处的短路，显著地：

· 在H桥的输出OUT1与接地Gnd之间，

· 在H桥的输出OUT1与电池5之间，

· 在H桥的输出OUT2与接地Gnd之间，

· 在H桥的输出OUT2与电池5之间，以及

· 在H桥的输出OUT1与输出OUT2之间。

可以以H桥的特定配置中的电流的异常上升的形式通过测量晶体管中的电流来检测它们。

这些短路具有特定阻抗（电阻和电感）。其可能会影响H桥的正确操作，并且因此影响包括受控负载的***的正确操作。

实施对于短路类型的异常的检测，从而使得可以例如在***的处于“控制”层22上方的“应用”层21中提供适当的响应。这一适当的响应例如可以形成机动车辆的诊断功能的部分。

为了使所述***不会由于过度灵敏度而经受过大数目的错误警报（例如对于罕见的间歇性短路或者对于检测电路的电磁干扰），与特定数目的所考虑的异常有关的信息返回可以使用通过几项接连检验的确认机制。这种机制基于与所考虑的每一种异常相关联的异常计数器。可以对于将要监视的每种异常提供一个异常计数器。

这一异常计数器例如可以在***的“命令”层23中依赖于如下信息被保持更新，该信息与在实施每一项检验时从“硬件”层24返回的检测到或者未检测到异常有关。

在一些实施例中，这种机制实施一“有效性位”，以便区分经过适当检验的异常不存在的情况与可能由无法检验而导致的对于异常的存在或不存在不确定的情况，诸如在介绍中呈现的情况。

参照图4a和4b中的时序图，通过周期性设定点信号PWM的脉冲宽度调制实现对于电动机1中电流的控制。该信号具有给定的设定点占空比，并且被用来生成用于晶体管桥的各个晶体管的控制信号。

所述设定点信号具有可以达到10kHz的频率，该频率给出大约100μs的周期T。

如图4a中所示，在每一个周期T，这样的设定点信号PWM处于来自高和低逻辑状态之间的给定的第一逻辑状态达该周期T的至少第一部分，并且处于另一逻辑状态达该周期T的其余部分。在图4a中所示的实例中，设定点信号PWM处于高逻辑状态（活跃状态）达该周期T的具有小于周期T的持续时间t₀的部分，其被称作激活持续时间。设定点占空比d_com由下式给出：

d_com=t₀/T （1）

设定点占空比d_com可以在0%和100%之间变化。对于短路的检测可以接受的是完全仅在20%和80%之间操作，但是对于其优选的是在10%和90%之间。

图4b示出了响应于图4a中的设定点控制信号PWM获得的电动机1中的电流I_M的瞬时数值的时间变化。

在设定点信号PWM的激活持续时间上，换句话说，在该实例中当该信号处于高逻辑状态时，电动机1中的电流I_M朝向给定标称数值增大。该标称数值对应于正电力供应电压除以总电阻数值的比值。随后，取决于电动机1的所期望的旋转方向，H桥被控制在分别由图3a和3b图示的第一或第二状态中。

在设定点信号PWM的去激活周期期间，换句话说，在该实例中当该信号处于低逻辑状态时，电流I_M朝向零值减小。那么H桥被控制在由图3c图示的第三状态或续流状态中。

由于电动机1所形成的负载的电感性质，电流I_M的上升和下降具有温和的斜率，而不是遵从设定点信号PWM的直角边沿的轮廓。

电流I_M的平均值<I_M>由下式给出：

<I_M>=d_com _Vbat

1/R （2）

其中R实质上是电动机1的阻抗的数值。其他电阻性元件是被称作RDSON的晶体管的导通状态下的电阻以及连线、连接和集成电路轨迹线的电阻的数值。

正如在介绍中所呈现的那样，在***的“命令”层23中实施对于异常的检验，换句话说例如通过测量在H桥的特定配置中的H桥的各个MOS功率晶体管中的真实电流。

当检测到异常时，向***的“应用”层21发送相应的信息。当指示异常的信息被返回到该层时，在这一层级被管理的异常计数器被递增。相反地，当没有检测到异常时，相应的信息被发送到微控制器，并且然后有效性位指示异常检测的不存在对应于异常的实际不存在（在这种情况下，有效性位例如被置位，即被置位到逻辑状态1）还是仅仅对应于如下事实：未能实施对于异常的检验或者无法保证检测到潜在异常（在这种情况下，有效性位不被置位，也就是说在假设其在***启动时被复位到0的情况下，在该实例中被保持在逻辑状态0）。

当异常计数器超出特定阈值时，通过一连串检验确认H桥中的异常的实际存在，在“应用”层21中生成相应的信息。灵敏度（换句话说即最大可许可数目）被固定在这一水平。

将提到的是，几个异常计数器可以并行地运行在“应用”层21中，例如每一个类型的异常一个和/或可以被考虑的每一个异常一个。

在图5中示意性地呈现了控制器件的一个实施例。下面将参照图6a、6b、6c、6d和6f中的曲线图来解释其操作。这些曲线图给出了当H桥处于正常配置（例如来自图3a和3b中的那些配置）或者处于短路配置中时在晶体管（M1、M2、M3或M4）中测量的作为时间函数的电流。

参照图5，器件4可以通过例如ASIC（专用集成电路）的集成电路的形式或者类似的形式来实施。其可以耦合到例如处于所述器件本身外部的控制单元2，例如微控制器、微处理器或类似器件。但是在大多数情况中，逻辑和控制单元2处于内部。其例如被形成在包括MOS功率晶体管的集成电路的逻辑内，在这种情况下其更常被称作将其功能标示为智慧功率电路的“智能功率”电路。逻辑和控制单元2还可以是独立的集成电路，受控的MOS功率晶体管于是采取单独的部件的形式。

如果考虑分层模型，诸如前面用于所述***的建模已经参考过的分层模型，则逻辑和控制单元2的功能对应于***的“命令”层23。

逻辑和控制单元2接收控制信号DIR和PWM作为输入。其递送用于向电动机1供应电力的H桥的各个MOS晶体管的控制信号S1、S2、S3和S4作为输出，即分别用于晶体管M1、M2、M3和M4。

在逻辑和控制单元2的输入处，信号DIR例如是控制电动机的旋转方向的二进制逻辑信号，换句话说即控制流经H桥的电流的方向（参见图3a和3b）。信号PWM是设定点控制信号，具有设定点占空比d_com，设定点占空比d_com确定为负载供电的电流的数量，从而例如允许控制电动机1的速度和/或扭矩。信号DIR和PWM例如源自电动机控制计算机，即来自***的“应用”层21，并且经由“控制”层22中继。信号PWM例如具有大约10kHz的频率，这给出大约100μs的周期。

此外，逻辑和控制单元2一方面接收第一信号Icc1、Icc2、Icc3、Icc4，并且另一方面接收第二信号int1、Iint2、Iint3、Iint4。第一信号分别表示在MOS晶体管M1、M2、M3、M4中检测到或未检测到潜在的短路。第二信号表示所测量的电流超出中间电流阈值。这些第一信号和第二信号当中的每一个例如是二进制信号，即信息的一位，其可以取得逻辑值1或0以用于分别指示检测到或未检测到短路或者电流超出中间电流阈值。在后面将描述的特定条件下，这些位使得在逻辑和控制单元2中管理的矛盾（contradiction）计数器向上/向下计数。例如名为err_count的该计数器的数值允许对于在参考或检测时间窗口结束时没有检测到短路并且随后在这些时间窗口外部检测到短路的情况的次数进行计数。

对于在四个MOS功率晶体管中流动的电流进行比较的装置由电压比较器表示，其差分输入处于与每一个晶体管相关联的低数值电阻的任一侧。这样的电路将能够实施所寻求的功能，并且电流阈值将取决于在电压比较器中固定的滞后的数值。在集成电路中，优选地将电流镜与电流比较器一起使用来实现相同的功能。但是该表示将比图5中所选择的表示略微更加复杂。

不管该技术实现方式如何，第一信号Icc1、Icc2、Icc3和Icc4被设计成作为在各个MOS晶体管中流动的电流的数值的函数而取得逻辑值0或1。在一个实例中，如果在所讨论的晶体管（分别是M1、M2、M3或M4）中流动的电流高于阈值I_oc（换句话说对应于短路的电流），则信号Icc1、Icc2、Icc3和Icc4取得逻辑值1。

此外，不管其技术实现方式如何，第二信号Iint1、Iint2、Iint3和Iint4被设计成作为在各个MOS晶体管中流动的电流的数值的函数而取得逻辑值0或1。举例来说，如果在所讨论的晶体管（分别是M1、M2、M3或M4）中流动的电流高于阈值I_int（换句话说，高电流，但显著低于阈值I_oc），则信号Iint1、Iint2、Iint3和Iint4取得逻辑值1。

当然有可能对于第一信号和/或对于第二信号使用相反的逻辑（从而使得逻辑数值0将是电流高于阈值的结果）。在本发明的另一个示例性实施例中，中间电流阈值I_int可以是可修改的，短路电流阈值I_oc也可以是可修改的。由于两个阈值I_int和I_oc相关联，因此为了简化对于这样的***的使用，优选地是对于其中一个（中间电流阈值）的选择导致对于另一个（短路电流阈值）的自动选择。对于电流阈值的选择来自“应用”层21，并且所述信息经由“控制”层22被中继到“命令”层23，“命令”层23例如在初始化或复位阶段中对“硬件”层24进行配置。

通信装置3可以包括串行总线，例如SPI（串行***接口）总线。作为一种变型，他们例如可以包括I²C类型的串行接口。

如果MOS功率晶体管中的电流在参考时间窗口期间未达到中间电流阈值，则逻辑和控制单元2置位关于未检测到的信息和有效性位。如果在相同的测量的随后部分中在该晶体管中超出短路电流阈值I_oc，则改变诊断并且矛盾计数器err_count计及该事件。在晶体管中的电流超出阈值I_oc的所有情况中，可以存在逻辑和控制单元2立即停止激活晶体管的规定，以避免其受到破坏。

对于实施在“应用”层21中的控制策略和响应策略的描述将落在本描述的范围之外。本发明实际上涉及对于有效性位的管理，该有效性位与关于在“硬件”层24内不存在异常的信息相关联。其旨在以优化的方式提供有效性位的生成，从而即使在H桥的控制频率例如高达10kHz时也可以在异常计数器的数值的管理中计及该有效性位。

所述器件还包括寄存器集合4，其存储对应于时间窗口（被称作参考时间窗口）的持续时间的数值T_diag1，以及辅助时间窗口的持续时间T_diag2，后面将对此进行进一步讨论。举例来说，这些持续时间可以被表达为时钟信号CLK的一定数目的周期。在一个实施例中，中间时间窗口T_diag1具有可修改的持续时间，来自寄存器集合4的相应寄存器可以为此目的例如经由通信总线3在逻辑和控制单元2的控制下被编程。这允许将所述器件的操作适配于应用的具体需要。周期T_diag2可以是固定的。但是在一个实施例中，周期T_diag2是可修改的，正如前面对于周期T_diag1所指示的那样。

在一些实施例中，电流比较器和寄存器4可以被形成在与H桥相同的半导体材料芯片上，例如在ASIC电路中。

此外，现在将参照图6a、6b、6c、6d、6e和6f详细描述所述器件的操作。假设在允许测量在各个晶体管中流动的电流的配置中经由信号S1-S4来控制H桥。

对于每一个晶体管，根据可能出现的各种情况由图6a到6f图示对于诊断的管理。

一般来说，由于电流流经电感性负载，因此电流的变化并且更具体来说是电流的上升相对缓慢地发生。电感性负载在晶体管开始导通时充当电流源，其通过所讨论的晶体管或者通过其他路径（从接地或电池进行，通过结构二极管）吸收其电流。因此，在电动机1的控制期间，对于加入电流路径中的晶体管，流经该晶体管的电流非常快速地达到与对应于中间时间窗口Tdiag1结束的电流数值接近的数值。

在正常操作期间，预期该电流数值会远低于中间数值I_int。另一方面，在永久性短路的情况期间，通过短路所涉及的晶体管的电流存在急剧上升超过大得多的幅度。除非电池电压低并且存在相对非常电阻性的短路，否则该电流在晶体管的整个激活持续时间期间都会增大。如果这一持续时间足够长，例如30μs，则将达到短路阈值。因此，随着短路检测在更短的时间内发生，例如15μs，在从所讨论的晶体管的激活开始计数的被称作Tdiag1的这一时间结束时进行所述比较。因此主要的想法是区分电流在Tdiag1结束时低于I_int的情况与其他情况（其中一些情况是短路情况）。

周期Tdiag1结束时电流大于I_int的一些情况需要附加的时间来识别短路，这是使用可以延长Tdiag1的另一个周期Tdiag2的原因。这些情况并不常见。但是他们仍然是后面关于图6c到6f的描述的主题。

在图6a中示出了不具有短路的两种正常情况。对于其中一种情况，即情况A，晶体管不加入续流过程，因此当其被激活时，电感性负载中的电流保持实际上恒定，同时晶体管中的电流开关在几毫秒内（例如3毫秒）逐渐发生。对于另一种情况（用虚线示出的情况B），晶体管在续流期间被激活，并且不会见到通过该晶体管的任何突发的瞬态电流。在所述两种情况中，在时间t1处，换句话说当周期Tdiag1已过去时，电流所达到的数值I1低于数值I_int。这允许记录不存在短路并且将有效性位置位到1。逻辑和控制单元2根据这一原理针对所述四个晶体管当中的每一个建立诊断。

在图6b中示出了短路的情况。在周期Tdiag1到期之前，电流快速增大并且在时间t2处达到阈值I_oc。在时间t1处，当电流达到阈值I_int时，对于周期Tdiag2的计数开始，但是在本例中无用。逻辑和控制单元2针对所讨论的晶体管记录存在短路并且将有效性位置位到1。

在图6c中示出了相对电阻性短路的情况。这一短路将不会被未使用本发明的传统电路检测到。这是预期判定在理想情况下应当是相同（换句话说未检测到）的原因。电流快速增大从而在时间t1处达到阈值I_int，同时周期Tdiag1尚未到期。在这一阶段不可能预测将会越过阈值I_oc。从时间t1开始，补充周期Tdiag2开始，并且在稍后的时间t2处到期。在时间t2处，电流达到小于I_oc的数值I2。作为结果，逻辑和控制单元2针对所讨论的晶体管记录不存在短路并且将有效性位置位到1。

在图6d中示出了相对电阻性短路的情况。电流在相对较长的一段时间之后达到短路阈值。在周期Tdiag1期间，电流不会达到阈值I_oc而是在时间t1处达到阈值I_int。在时间t1处不可能预见到是否将达到阈值I_oc。在时间t1处开始对补充周期Tdiag2的计数。在周期Tdiag2到期之前，电流在时间t3处达到阈值I_oc。在该时间t3处，逻辑和控制单元2针对所讨论的晶体管记录检测到短路并且将有效性位置位到1。

在图6e中示出了相对电阻性短路的情况。这一短路将不会被未使用本发明的传统电路检测到。这是预期判定在理想情况下应当相同的原因，即对于未检测到的判定。在时间t1处，电流达到阈值I_int，并且作为结果，补充周期Tdiag2的计数开始。但是发现这一计数是无意义的，因为其在Tdiag1结束（在时间t2处发生）之前到期。在所示出的情况中，电流在时间t2处达到低于阈值I_oc的数值I2。逻辑和控制单元2针对所讨论的晶体管记录不存在短路并且将有效性位置位到1。

在图6f中示出了相对电阻性短路的情况。电流在相对较长的一段时间之后达到短路阈值。在周期Tdiag1的计数期间，电流在时间t1处达到阈值I_int。在时间t1处不可能预见到在测量结束之前是否将达到阈值I_oc。补充周期Tdiag2的计数在时间t1处开始。发现这一计数是无意义的，因为Tdiag2的到期在周期Tdiag1的计数到期之前发生。在所示出的情况中，电流在周期Tdiag1到期之前达到阈值I_oc。逻辑和控制单元2针对所讨论的晶体管记录存在短路并且将有效性位置位到1。

后面详细说明根据本发明的一些实施例的方法和器件的针对其实现方式的操作原理。

对于每一个晶体管，在从续流配置到激活配置（反之亦然）的配置转变之后，周期Tdiag1的计数开始。如果电流在这一计数到期之前没有达到阈值I_int，则有效性位被置位到1，并且这被认为不存在短路。当新的转变发生时，所述序列可以在操作期间被打断。

如果电流在Tdiag1到期之前达到阈值I_int，则激活时间周期Tdiag2的计数。如果电流在Tdiag1或Tdiag2到期之前达到阈值I_oc，则有效性位被置位到1并且该短路被计及。在相反的情况下，如果在Tdiag1到期时或者在Tdiag2到期时尚未达到阈值I_oc，则有效性位被置位到1，并且这认为不存在短路。在Tdiag1和Tdiag2到期之后，当没有检测到短路时，新的转变将操作返回到根据本发明的方法的开始。

在一些实施例中，还提供一测试，所述测试实现对检测潜在异常的过程的一致性的周期性检验。所述测试可以包括把控制信号PWM的占空比d_com强制到100%和0%达这个信号的几个周期，在其间实施异常检验。

这一修改的目标和目的是测试先前对于异常的存在所实施的检验的结果的一致性。实际上，通过把占空比强制到100%和0%，确保在各个晶体管中控制最大可能电流。而且，（在所讨论的信号PWM的频率下）有最大可能时间可用于测量所述最大可能电流。因此，如果短路存在，则其被检测到的几率更高。

换句话说，这一后续测试的功能是检验短路不存在检测有效，或者相反地，在短路未被检测到的情况下可能存在短路。

如果通过该测试没有确认不存在短路检测，也就是说如果在d=100%或0%的情况下的测试期间检测到短路而之前没有检测到，则可以施加对于检验参数的修改。举例来说，可以修改中间时间窗口T_diag1的持续时间。

前面的描述仅仅通过说明的方式被呈现，而不限制本发明的范围。在技术上能够设想到的任何变型实施例相对于所描述的实施例可以是优选的。举例来说，差错计数器err_count可以通过外部电路或者逻辑门和相关联的电路来实施，从而允许实施与本发明中所描述的相同的功能。

类似地，所述电流阈值以及参考、辅助和检测时间窗口的持续时间的数值通过说明的方式给出，并且不限于这里呈现的实例并且根据实现方式的***可以采用任何其他数值。

最后将清楚理解的是，本发明适用于任何电感性负载的控制，而不仅仅适用于电动机的控制。其例如可以被施加于具有固定线圈和移动芯（反之亦然）的电磁致动器。

Claims

1.一种用于为电感性负载（1）供应电力的器件，包括：

· 包括至少一个功率开关并且被设计成控制所述负载中的电流的开关结构（M1-M4），其中所述开关结构采用桥结构，以及

· 用于检测异常的装置（5，6），被设计成生成关于在所述负载的电缆连接中检测到短路类型的异常的信息或者关于在所述负载的电缆连接中未检测到短路类型的异常的信息，以及关于有效性的信息，所述有效性是指关于未检测到异常的信息的有效性，所述关于有效性的信息在默认情况下未被置位，

其中，所述用于检测异常的装置包括：

- 用于测量电流的装置，被设计成在检测时间窗口（T_diag）内测量功率开关中的电流，所述开关结构在所述检测时间窗口期间被保持在给定配置中，在所述给定配置中功率开关被闭合，以及

- 比较装置，被设计成把所测量的电流与短路电流阈值（I_oc）进行比较并且与低于短路电流阈值的中间电流阈值（I_int）进行比较，

并且其中，所述检测时间窗口（T_diag）包括跟随在功率开关闭合之后的参考时间窗口（T_diag1），所述比较装置还被设计成：

- 如果所测量的电流在参考时间窗口（T_diag1）结束之前达到短路电流阈值（I_oc），则递送关于检测到异常的信息并且置位有效性信息，

- 如果所测量的电流直到参考时间窗口（T_diag1）到期一直保持低于中间电流阈值（I_int），则递送关于未检测到异常的信息并且置位有效性信息，

- 如果所测量的电流在参考时间窗口（T_diag1）结束之前变为高于中间电流阈值（I_int）但是直到检测时间窗口（T_diag）结束一直保持低于短路电流阈值（I_oc），则递送关于未检测到异常的信息并且置位有效性信息，

- 如果所测量的电流在参考时间窗口（T_diag1）结束之前变为高于中间电流阈值（I_int）但是在检测时间窗口（T_diag）结束之前变为高于短路电流阈值（I_oc），则递送关于检测到异常的信息并且置位有效性信息。

2.如权利要求1所述的器件，其中，所述检测时间窗口（T_diag）还包括跟随在所测量的电流超出中间电流阈值（I_int）的时刻（t1）之后的辅助时间窗口（T_diag2）。

3.如权利要求1或2所述的器件，还包括被设计成允许所述器件与处于所述器件外部的外部控制单元进行通信的串行通信装置（3）。

4.如权利要求3所述的器件，被设计成经由串行通信装置（3）向使所述外部控制单元传送关于检测到异常的信息和有效性信息。

5.如权利要求1或2所述的器件，还包括：第一可编程存储装置，被设计成存储中间电流阈值（I_int）的可修改数值和短路电流阈值（I_oc）的可修改数值。

6.如权利要求5所述的器件，其中，第一可编程存储装置能够由外部控制单元经由串行通信装置（3）来编程。

7.如权利要求1或2所述的器件，还包括：第二可编程存储装置，被设计成存储参考时间窗口（T_diag1）的持续时间的可修改数值和/或辅助时间窗口（T_diag2）的持续时间的可修改数值。

8.如权利要求7所述的器件，其中，第二可编程存储装置能够由外部控制单元经由串行通信装置来编程。

9.如权利要求1或2所述的器件，其中，所述开关结构被设计成作为用于受到脉冲宽度调制的功率开关的至少一个控制信号的函数来控制所述负载中的电流，并且其中所述用于检测异常的装置被设计成通过将占空比强制到100%来操作。

10.如权利要求9所述的器件，被设计成从处于所述器件外部的外部控制单元接收用于功率开关的控制信号。

11.一种用于通过一种器件向电感性负载（1）供应电力的方法，所述器件包括

· 包括至少一个功率开关并且被设计成控制所述负载中的电流的开关结构（M1-M4），其中所述开关结构采用桥结构，

所述方法包括：

- 在检测时间窗口（T_diag）内测量功率开关中的电流，所述开关结构在所述检测时间窗口期间被保持在给定配置中，在所述给定配置中功率开关被闭合，

- 把所测量的电流与短路电流阈值（I_oc）进行比较并且与低于短路电流阈值的中间电流阈值（I_int）进行比较，

所述检测时间窗口（T_diag）包括跟随在功率开关闭合之后的参考时间窗口（T_diag1），所述方法还包括：

· 如果所测量的电流在参考时间窗口（T_diag1）结束之前达到短路电流阈值（I_oc），则递送关于检测到异常的信息并且置位有效性信息，

· 如果所测量的电流直到参考时间窗口（T_diag1）到期一直保持低于中间电流阈值（I_int），则递送关于未检测到异常的信息并且置位有效性信息，

· 如果所测量的电流在参考时间窗口（T_diag1）结束之前变为高于中间电流阈值（I_int）但是直到检测时间窗口（T_diag）结束一直保持低于短路电流阈值（I_oc），则递送关于未检测到异常的信息并且置位有效性信息，

· 如果所测量的电流在参考时间窗口（T_diag1）结束之前变为高于中间电流阈值（I_int）但是在检测时间窗口（T_diag）结束之前变为高于短路电流阈值（I_oc），则递送关于检测到异常的信息并且置位有效性信息。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述检测时间窗口（T_diag）还包括跟随在所测量的电流超出中间电流阈值（I_int）的时刻（t1）之后的辅助时间窗口（T_diag2）。