CN110231560B - 电感负载控制设备 - Google Patents

Abstract

一种电感负载控制设备，包括：电路径，其被配置为连接外部DC电源和电感负载驱动单元；开闭单元，其被配置为连接或断开所述电路径；电压检测单元，其被配置为检测所述开闭单元的各端之间的电压差；和故障检测单元，其被配置为检测所述开闭单元的故障。所述开闭单元包括：串联连接的第一和第二开关元件；和二极管，其与所述第一开关元件串联连接并且与所述第二开关元件并联连接，使得所述二极管的阳极布置在所述DC电源的方向上。所述故障检测单元被配置为基于所述电压差检测所述第二开关元件处于非导通故障中。

Description

电感负载控制设备

相关申请的交叉引用

本申请基于并且要求2018年3月6日提交的日本专利申请No.2018-039848的优先权的利益，通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

本发明的一个或多个实施例涉及一种电感负载控制设备，更具体地说，涉及一种用于检测其自身构成元件的故障的电感负载控制设备。

背景技术

在现有技术中，关于连接到DC电源以控制电感负载(诸如电机)的电感负载控制设备，提出了用于在DC电源的反向连接之时检测其自身构成元件(诸如保护电路)的故障的装置。例如，JP-A-2012-065405公开了一种旨在诊断用于在电源反向连接的情况下保护电机控制设备中包括的电路的反向连接保护装置是否已经出故障的电机控制设备。电机控制装置包括：反向连接保护装置，其包括将电池和电机连接或断开的开关元件以及用于在电池反向连接时防止电流的回流的回流防止元件；以及故障诊断装置，用于诊断反向连接保护装置的故障。故障诊断装置计算连接反向连接保护装置之前的截止电势差与当连接反向连接保护装置之时的连接电势差之间的差，并且将计算出的差与提前设置的阈值进行比较。当该差等于或大于阈值时，确定反向连接保护装置尚未出故障，而当该差小于阈值时，确定反向连接保护装置已经出故障。

JP-A-2012-188101公开了一种用于旨在可靠地检测MOS-FET的故障并且即使在MOS-FET用于电源继电器的情况下也可以确定寄生二极管的故障的电力转向装备的控制设备。在该电力转向装备中，包括内置寄生二极管并且在反向方向上串联连接的各MOS-FET以及位于MOS-FET后级的MOS-FET的输出侧上的电容器被布置在电池与电机驱动电路之间的供能路径中。在紧接点火开关打开之后的状态下，控制MOS-FET以按预定顺序导通或截止，并且基于每个MOS-FET的输出电压检测MOS-FET和寄生二极管的故障。

发明内容

本发明的一个或多个实施例提供一种电感负载控制设备，其用于检测开关元件的非导通故障(也称为断开故障)，其中，在用于反向连接保护并且当DC电源反向连接时用作保护电路的开关元件中并联提供二极管。

根据本发明的一个方面，提供一种电感负载控制设备，包括：电路径，其被配置为连接外部DC电源和电感负载驱动单元；电感负载驱动单元；其被配置为从所述DC电源向电感负载供应电流并且驱动所述电感负载；电路径开闭单元，其被设于所述电路径中，并且被配置为连接或断开所述电路径；电路径控制单元，其被配置为控制所述电路径开闭单元的打开和闭合；电压检测单元，其被配置为检测所述DC电源侧上的所述电路径开闭单元的一端处的第一电压与电感负载驱动单元侧上的所述电路径开闭单元的另一端的第二电压之间的电压差；和故障检测单元，其被配置为检测所述电路径开闭单元的故障，其中，所述电路径开闭单元包括：第一开关元件；第二开关元件，其与所述第一开关元件串联连接；和二极管，其与所述第一开关元件串联连接并且与所述第二开关元件并联连接，使得所述二极管的阳极布置在所述DC电源的方向上，并且其中，所述故障检测单元被配置为基于所述电压差检测所述第二开关元件处于非导通故障中。

通过上述配置，可以提供一种能够通过检测电路径开闭单元的两端之间的电压差检测用于反向连接保护的开关元件的非导通故障的电感负载控制设备。

根据本发明的另一方面，提供一种电感负载控制设备，包括：电源端，其连接到外部DC电源；电感负载驱动单元，其被配置为向电感负载供应电流并且驱动所述电感负载；电路径，其被配置为连接所述电源端和所述电感负载驱动单元；电路径开闭单元，其被设于所述电路径中，并且被配置为连接或断开所述电路径；电路径控制单元，其被配置为控制所述电路径开闭单元的打开和闭合；电压检测单元，其被配置为检测作为所述电路径开闭单元与所述电源端之间的电压的第一电压和作为所述电路径开闭单元与所述电感负载驱动单元之间的电压的第二电压之间的电压差；和故障检测单元，其被配置为检测所述电路径开闭单元的故障，并且其中，所述电路径开闭单元包括：第一开关元件；第二开关元件，其与所述第一开关元件串联连接；和二极管，其与所述第一开关元件串联连接并且与所述第二开关元件并联连接，使得所述二极管的阳极布置在所述电源端的方向上，并且其中，所述故障检测单元被配置为基于所述电压差检测所述第二开关元件处于非导通故障中。

通过上述配置，可以提供一种能够通过检测电路径开闭单元与电源端之间的第一电压和电路径开闭单元和电感负载驱动部分之间的第二电压之间的电压差检测用于反向连接保护的开关元件的非导通故障的电感负载控制设备。

所述电压检测单元可以被配置为：当所述电路径控制单元执行控制以使得所述第一开关元件和所述第二开关元件导通时，检测所述第一电压与所述第二电压之间的第一电压差，并且所述故障检测单元可以被配置为：在所述第一电压差大于预定第一阈值的情况下，检测所述第二开关元件处于非导通故障中。

通过上述配置，当连接DC电源并且使得电路径导通时，可以检测用于反向连接保护的开关元件的非导通故障。

此外，所述电感负载驱动单元可以是包括被布置为允许再生电流从所述电感负载侧流到所述DC电源的多个开关元件的桥电路，所述电压检测单元可以被配置为：当所述电路径控制单元通过使得所述第一开关元件和所述第二开关元件导通来执行控制以驱动所述电感负载驱动单元时，检测所述第一电压与所述第二电压之间的第二电压差，并且所述故障检测单元可以被配置为：在所述第二电压差大于预定第二阈值的情况下，检测所述第二开关元件处于非导通故障中。

通过上述配置，当再生电流朝向DC电源的正电极侧流动时，可以检测用于反向连接保护的开关元件的非导通故障。

此外，所述第一阈值可以大于通过将所述第一开关元件的电压降和所述第二开关元件的电压降相加所获得的值，并且可以小于通过将所述第一开关元件的电压降和所述二极管的正向电压降相加所获得的值。

通过上述配置，当连接DC电源并且使得电路径导通时，可以可靠地检测用于反向连接保护的开关元件的非导通故障。

此外，可以基于在所述电感负载驱动单元侧上的所述电路径开闭单元的另一端处生成的电压设置所述第二阈值，在所述另一端处生成的所述电压取决于在由于所述第二开关元件的非导通故障而导致所述再生电流不通过所述第二开关元件流到所述DC电源的情况下、由所述电感负载所生成的电压。

通过上述配置，当再生电流朝向DC电源的正电极侧流动时，可以可靠地检测用于反向连接保护的开关元件的非导通故障。

如上所述，根据本发明的一个或多个实施例，可以提供一种电感负载控制设备，其用于检测开关元件的非导通故障(也称为断开故障)，其中，与用于反向连接保护并且当DC电源反向连接时用作保护电路的开关元件并联提供二极管。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的电感负载控制设备的框图；

图2A是示出根据本发明第一实施例的电感负载控制设备中在当连接DC电源并且使得电路径导通时执行正常操作的情况下电流的流动的解释图，并且图2B是示出第一电压与第二电压之间的关系的解释图；

图3A是示出根据本发明第一实施例的电感负载控制设备中在当连接DC电源并且使得电路径导通时非导通故障发生在反向连接防止FET中的情况下电流的流动的解释图，图3B是示出第一电压与第二电压之间的关系的解释图；

图4A是示出根据本发明第一实施例的电感负载控制设备中在当再生电流流动时执行正常操作的情况下电流的流动的解释图，图4B是示出第一电压与第二电压之间的关系的解释图；

图5A是示出根据本发明第一实施例的电感负载控制设备中在当再生电流流动时非导通故障发生在反向连接防止FET中的情况下电流的流动的解释图，图5B是示出第一电压与第二电压之间的关系的解释图；

图6是示出根据本发明第一实施例的电感负载控制设备中在驱动电机的状态下再生电流的流动的解释图；

图7是示出根据本发明第一实施例的电感负载控制设备中桥电路的开关元件从图6的状态全部关闭并且再生电流朝向DC电源流动的状态的解释图；

图8是示出根据本发明第一实施例的电感负载控制设备中的控制方法的流程图；以及

图9是示出根据本发明第一实施例的电感负载控制设备中的故障检测方法的流程图。

具体实施方式

在本发明的实施例中，阐述大量具体细节以便提供本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他实例中，没有详细描述公知特征以避免模糊本发明。

本发明的一个或多个实施例涉及一种用于在DC电源反向连接的情况下检测用于保护用于驱动电感负载的电路等的电路的故障的技术。以下将参考附图描述本发明的一个或多个实施例。

第一实施例

参考图1，将描述该实施例中的电感负载控制设备100。电感负载控制设备100是设置在外部DC电源BT与电感负载之间的设备，并且将电力供应给电感负载以驱动电感负载。电感负载控制设备100包括电路径开闭单元40，所述电路径开闭单元40是用于在DC电源BT的正电极和负电极反向连接的状态下保护用于驱动电感负载的电气电路的电路。在本说明书中，电感负载被描述为电机MT作为其代表性示例，但不限于此，并且例如指代包括绕组的负载(诸如螺线管、变压器、继电器线圈等)。电感负载控制设备100例如用作作为车载设备的电力转向设备。

电感负载控制设备100包括：电源端10(DC电源BT的正电极侧称为电源端10P，并且负电极侧称为电源端10N)，其连接到外部DC电源BT；桥电路20(电感负载驱动单元)，其向作为电感负载的电机MT供应电流并且驱动该电机MT；电路径30，其连接电源端10P和桥电路20；电路径开闭单元40，其设置在电路径30中，以用于连接或断开电路径30；电路径控制单元50，其用于控制电路径开闭单元40的打开和闭合；电压检测单元60，其用于检测第一电压V1和第二电压V2之间的电压差，所述第一电压V1是电路径开闭单元40与电源端10P之间的电压，所述第二电压V2是电路径开闭单元40与桥电路20之间的电压；故障检测单元70，其用于检测电路径开闭单元40的故障；电感负载驱动控制单元80，其用于控制整个电感负载控制设备100；以及预驱动器单元90，其用于响应于来自电感负载驱动控制单元80的指令实际地驱动桥电路20中的开关元件。

电源端10P是与DC电源BT的正电极侧的连接点，并且具有使得在更换DC电源BT以及电感负载控制设备100的维护之时易于附接和拆卸DC电源BT的结构。图1示出DC电源BT的极性正确地连接而没有错误的状态(正连接状态)。电机MT是用于车辆的动力转向设备或动力滑动门(未示出)等的三相无刷电机。例如，电机MT用以对转向操作等给予辅助力或用以驱动滑动门的打开和闭合。由于电机MT是三相电机，因此电感负载控制设备100在三个电机连接点11处连接到电机MT。

桥电路20(电感负载驱动单元)驱动作为电感负载的电机MT的旋转，并且直接连接到电机连接点11。桥电路20被配置为并联连接分别对应于电机MT的相位U、V和W的相电路Cu、Cv和Cw。桥电路20通过高侧电路径30连接到DC电源BT的正电极侧，并且通过地线GL和电源端10N连接(接地)到DC电源BT的负电极侧。桥电路20的相电路Cu、Cv和Cw包括设置在高侧电路径30侧上的高电势侧半导体开关元件Quh、Qvh和Qwh以及设置在地线GL侧上的低电势侧半导体开关元件Qul、Qvl和Qwl、以及分别串联设置在地线GL侧上的分流电阻器。在该实施例中，使用MOSFET(即金属氧化物半导体场效应晶体管)作为高电势侧半导体开关元件Quh、Qvh和Qwh和低电势侧半导体开关元件Qul、Qvl和Qwl。寄生二极管分别形成在高电势侧半导体开关元件Quh、Qvh和Qwh和低电势侧半导体开关元件Qul、Qvl和Qwl中，所述高电势侧半导体开关元件Quh、Qvh和Qwh和低电势侧半导体开关元件Qul、Qvl和Qwl是MOSFET。高电势侧半导体开关元件Quh、Qvh和Qwh和低电势侧半导体开关元件Qul、Qvl和Qwl的连接点分别通过电机连接到电机MT的相位U、V和W。

预驱动器单元90由电感负载驱动控制单元80控制，将脉冲宽度调制(PWM)信号输出到桥电路20的每个相位，并且驱动高电势侧半导体开关设备Quh、Qvh和Qwh和低电势侧半导体开关元件Qul、Qvl和Qwl以导通或截止。通过该配置，电感负载控制设备100旋转地驱动电机MT。

电感负载驱动控制单元80基于桥电路20的每个相位的电压值和从其他传感器和电控制单元(ECU)(未示出)获得的信号酌情计算占空比，并且控制预驱动器单元90以输出适合于占空比的PWM信号。这些PWM信号分别输入到驱动半导体开关元件Quh至Qwl的栅极，并且桥电路20通过PWM控制来转换DC电源BT的电力，并且将电力供应给电机MT。例如，在电机MT用作用于对方向盘提供辅助力的装备的情况下，从其他传感器或ECU获得的信号是方向盘的转向扭矩值、电机MT的旋转角度等。电感负载驱动控制单元80通过点火开关IG连接到DC电源BT，并且电感负载控制设备100在点火开关IG打开的情况下运作。优选地，通过使用微计算机实现电感负载驱动控制单元80。

电路径30是对连接到DC电源BT的正常正侧的电源端10P和桥电路20进行连接的高侧电路径。电路径30在其电路径上具有电路径开闭单元40。电路径开闭单元40通过设置于其中的开关元件连接或断开电路径30。电路径开闭单元40包括：断电FET 41(第一开关元件)，其被设置于更靠近DC电源BT；反向连接防止FET 42，其与断电FET 41串联连接并且被设置于更靠近桥电路20；断电FET寄生二极管43，其与反向连接防止FET 42串联连接并且与断电FET 41并联连接，使得断电FET寄生二极管43的阴极布置在DC电源BT的方向上；以及反向连接防止FET寄生二极管44，其与断电FET41串联连接并且与反向连接防止FET 42并联连接，使得反向连接防止FET寄生二极管44的阳极布置在DC电源BT的方向上。电路径开闭单元40可以在更靠近DC电源BT的一侧上配备有反向连接防止FET 42。

断电FET 41的漏极连接到电源端10P，所述电源端10P连接到DC电源BT的正电极，并且断电FET 41的源极连接到反向连接防止FET 42的源极和反向连接防止FET寄生二极管44的阳极。反向连接防止FET 42的源极连接到断电FET 41的源极和断电FET寄生二极管43的阳极，并且反向连接防止FET 42的漏极连接到桥电路20。

断电FET寄生二极管43的阴极连接到与DC电源BT的正电极连接的电源端10P，断电FET寄生二极管43的阳极连接到反向连接防止FET 42的源极和反向连接防止FET寄生二极管44的阳极。反向连接防止FET寄生二极管44的阳极连接到断电FET 41的源极和断电FET寄生二极管43的阳极，并且反向连接防止FET寄生二极管44的阴极连接到桥电路20。

电路径控制单元50连接到断电FET 41的栅极和反向连接防止FET 42的栅极，并且向这些栅极施加驱动信号以导通或截止断电FET 41和反向连接防止FET 42的源极-漏极路径，并且控制电路径开闭单元40的打开和闭合。电路径控制单元50基于来自由电感负载驱动控制单元80控制的故障检测单元70的命令信号，来控制电路径开闭单元40的打开和闭合。当点火开关IG打开时，电力被供应给电感负载驱动控制单元80，使得电感负载控制设备100开始运作。然后，电感负载驱动控制单元80执行控制以导通断电FET 41和反向连接防止FET 42。然而，即使点火开关IG在反向连接DC电源BT的状态下打开，由于电力并非正常地供应给电感负载驱动控制单元80，因此不执行用于导通断电FET 41和反向连接防止FET 42的控制。结果，断电FET 41和反向连接防止FET 42截止。如果没有设置反向连接防止FET 42，则由于电压从电源端10N通过电感负载控制设备100中的断电FET 41的寄生二极管43施加到电源端10P，因此存在电路径可能击穿的可能性。然而，归因于反向连接防止FET 42的存在，防止电感负载控制设备100在反向方向上被施加有电压。

电压检测单元60检测作为电路径开闭单元40与电源端10P之间的电压的第一电压V1以及作为电路径开闭单元40与桥电路20之间的电压的第二电压V2之间的电压差。换言之，电压检测单元60检测DC电源BT侧上的电路径开闭单元40的一端处的第一电压V1与桥电路20侧上的电路径开闭单元40的另一端处的第二电压V2之间的电压差。也就是说，电压检测单元60检测电路径开闭单元40的两端之间的电压差。

基于电压差(|V1-V2|)，故障检测单元70检测电路径开闭单元40中的反向连接防止FET 42(第二开关元件)处于非导通故障中。非导通故障也称为断开故障，并且指代开关元件保持断开而不导通的故障。在反向连接防止FET 42的非导通故障中，假设反向连接防止FET寄生二极管44(其为寄生在反向连接防止FET 42上的二极管)正在正常地运作。优选地，电压检测单元60和故障检测单元70由包括A/D转换器的微计算机实现。电感负载驱动控制单元80由同一微计算机共享并且得以实现。

参考图2和图3，将描述当连接DC电源BT并且使得电路径30导通时在正常操作处于操作中或非导通故障发生在反向连接防止FET 42中的情况下第一电压V1和第二电压V2与电流之间的关系。图2A和图3A仅示出与图1等所示的电路径开闭单元40和故障检测单元70有关的部分。

图2A示出电路径控制单元50控制断电FET 41和反向连接防止FET 42以导通的状态，即，当电路径开闭单元40正在正常地操作时电路径控制单元50控制电路径开闭单元以导通的状态。此外，虚线指示电流。由于电路径开闭单元40中的所有元件(即断电FET 41、反向连接防止FET 42、断电FET寄生二极管43和反向连接防止FET寄生二极管44)正在正常地操作，因此电流从DC电源BT通过断电FET 41和反向连接防止FET 42流到电感负载驱动单元20。当作为电路径开闭单元40与电源端10P之间的电压的第一电压V1和作为电路径开闭单元40与桥电路20之间的电压的第二电压V2进行比较时，由于第二电压V2处于第一电压V1的下游，如图2B所示，因此第二电压V2变得低于第一电压V1达两个FET的漏极与源极之间的电压降。

另一方面，图3A示出当除了反向连接防止FET 42之外的元件正在正常地操作但非导通故障发生在反向连接防止FET 42中时电路径控制单元50控制断电FET 41和反向连接防止FET 42以导通的状态。由于在非导通故障发生在反向连接防止FET 42中，因此即使电路径控制单元50控制反向连接防止FET 42以导通，反向连接防止FET 42也保持断开而不导通。然而，由于反向连接防止FET寄生二极管44相对于电流方向处于正向方向上，因此来自断电FET 41的电流从反向连接防止FET寄生二极管44的阳极流到阴极，如虚线所示。

在此状态下，当比较第一电压V1和第二电压V2时，由于第二电压V2处于第一电压V1的下游，并且反向连接防止FET寄生二极管44的电压降大于反向连接防止FET 42的漏极与源极之间的电压降，如图3B所示，因此第二电压V2变得小于正常状态下的电压，并且大于正常状态下的电压差的电压差(V1-V2)产生。在此，第一阈值α的值设置为小于通过将断电FET 41的漏极与源极之间的电压降与反向连接防止FET寄生二极管44的正向电压降相加所获得的值并且大于通过将断电FET 41的漏极与源极之间的电压降与反向连接防止FET 42的漏极与源极之间的电压降相加所获得的值的值。如图2A和图2B所示，当电路径开闭单元40正在正常地操作时，其变为

V1–V2<α...(1)。

如图3A和图3B所示，在发生非导通故障发生在反向连接防止FET 42中的情况下，其变为

V1–V2>α...(2)。

故此，可以通过检测电路径开闭单元40与电源端10P之间的第一电压V1和电路径开闭单元40与电感负载驱动单元20之间的第二电压V2之间的电压差(|V1-V2|(即电路径开闭单元40的两端之间的电压差(|V1-V2|))检测反向连接保护开关元件的非导通故障。

在电感负载控制设备100中，当电路径控制单元50基于来自故障检测单元70的命令信号执行控制以使得断电FET 41和反向连接防止FET 42导通时，电压检测单元60检测第一电压V1与第二电压V2之间的电压差(V1-V2，第一电压差)。在电压差(V1-V2，第一电压差)大于基于反向连接防止FET寄生二极管44的正向电压降而预先设置的第一阈值α的情况下，故障检测单元70检测到反向连接防止FET 42处于非导通故障中。通过以此方式进行检测，当连接DC电源BT并且使得电路径30导通时，可以检测反向连接防止FET 42(用于反向接触保护的开关元件)的非导通故障。

参考图4和图5，将描述当再生电流即将从电感负载驱动单元20侧朝向DC电源BT流动以及正常操作处于操作中并且非导通故障发生在反向连接防止FET 42中时第一电压V1和第二电压V2与电流之间的关系。首先，参考图6和图7，将描述可以发生在电感负载控制设备100中的再生电流。

图6示出电感负载控制设备100导通高电势侧半导体开关元件Quh和低电势侧半导体开关元件Qwl以使用DC电源BT的电力驱动电机MT的状态。在此情况下，如虚线箭头所指示的那样，用于驱动电机MT的电流从DC电源BT的正电极通过电源端10P、电路径开闭单元40、电路径30、桥电路20的高电势侧半导体开关元件Quh以及电机MT的U极的连接端11流到电机MT的U极和W极，并且流动以通过电机MT的W极的连接端11、桥电路20的低电势侧半导体开关元件Qwl、分流电阻器、地线GL和电源端10N返回到DC电源BT的负极。

图7示出桥电路20的开关元件全部从图6的状态截止并且再生电流朝向DC电源BT流动的状态。再生电流是在电机MT中流动的电流突然中断的情况下通过由电机MT的线圈自身生成的反电动势流动的电流。例如，如上所述，在桥电路20的半导体开关元件的Quh和Qwl处于导通状态的情况下，电流从DC电源BT通过Quh和Qwl流到电机MT。然后，如图7所示，当Quh和Qwl截止并且桥电路20中的所有半导体开关元件截止时，从DC电源BT供应给电机MT的电流被切断。结果，在电机MT的线圈中生成反电动电压，并且电流(再生电流)尝试流到电机。

也就是说，如虚线中所指示的那样，该再生电流通过电源端10N、地线GL、分流电阻器，桥电路20的低电势侧半导体开关元件Qul的寄生二极管、电机MT的U极的连接端11从DC电源BT的负电极流到电机MT的W极和U极，并且流动以通过电机MT的W极的连接端子11、桥电路20的高电势侧半导体开关元件Qwh的寄生二极管、电路径30、电路径开闭单元40和电源端10P返回到DC电源BT的正极。

如在该实施例中那样，在电感负载是电机MT的情况下，力在外部施加到电机MT的输出轴，并且电机MT充当发电机而且生成电压。即使在此情况下，再生电流也可以朝向DC电源BT流动。例如，在电力转向装备中使用的电机MT的情况下，电机MT机械地连接到旋转轮胎的轴。为此，当在车辆的行驶期间通过从道路表面接收的外力(道路表面反作用力)旋转轮胎时，电机MT的输出轴通过外力旋转，并且因此，电机MT充当发电机而且生成电压。当通过将该电压与当电机MT归因于来自DC电源BT的电力而旋转时生成的反电动电压相加所获得的电压值变得大于DC电源BT的电压值时，再生电流可以从电机MT朝向DC电源BT流动。

图4A示出在电路径开闭单元40正在正常地操作的情况下当再生电流从电感负载驱动单元20侧流到DC电源BT时、电路径控制单元50控制断电FET 41和反向连接防止FET 42以导通的状态。由于电路径开闭单元40中的所有元件正在正常地操作，因此从电感负载得到的再生电流从作为桥电路20的电感负载驱动单元20传递、通过反向连接防止FET 42和断电FET 41并且朝向DC电源BT。当将作为电路径开闭单元40与电源端10P之间的电压的第一电压V1和作为电路径开闭单元40与桥电路20之间的电压的第二电压V2进行比较时，由于第一电压V1处于第二电压V2的下游，如图4B所示，因此第一电压V1低于第二电压V2达两个FET的漏极与源极之间的电压降。

另一方面，图5A示出在非导通故障发生在反向连接防止FET 42中的情况下、当电路径控制单元50控制断电FET 41和反向连接防止FET 42以导通时、当再生电流即将从电感负载驱动单元20侧流到DC电源BT时的状态。由于非导通故障发生在反向连接防止FET 42中，因此即使电路径控制单元50控制反向连接防止FET 42以导通，反向连接防止FET 42也保持截止而不导通。此外，由于反向连接防止FET寄生二极管44处于与电流的方向相反的方向上，因此再生电流停止在FET寄生二极管44处，以用于反向连接防止，并且因此，再生电流基本上不流动。然而，归因于在电机MT中生成的反电动势，在短时间内生成高电压的反电动电压。反电动电压的生成的时间和量值取决于一端连接在反向连接防止FET 42与桥电路20之间并且另一端接地的电阻器以及电容。在许多情况下，安装具有大电容的电容器(未示出)以用于平滑化(smoothing)，并且在此情况下，反电动电压的生成的时间和量值极大地取决于该容量。

在此状态下，即，在非导通故障发生在反向连接防止FET 42中的情况下，当再生电流即将从电感负载驱动单元20侧流到DC电源BT时，当比较第一电压V1和第二电压V2时，第一电压V1与第二电压V2之间的关系变为如图5B所示。也就是说，虽然在生成反电动势之前第二电压V2低于第一电压V1，但当生成反电动势时第二电压V2变为高于第一电压V1的高电压，然后被放电并且衰减，从而第二电压V2再次变得低于第一电压V1。设置第二阈值β，其小于生成的反电动电压并且大于通过将断电FET 41的漏极与源极之间的电压降和反向连接防止FET寄生的正向电压降相加所获得的值。如图4A和图4B所示，当电路径开闭单元40正在正常地操作时，它变为V2–V1<β...(3)。

如图5A和图5B所示，在非导通故障发生在反向连接防止FET 42中的情况下，它变为V2–V1>β...(4)。

可以基于电感负载驱动单元20侧的电路径开闭单元40的另一端处生成的电压设置第二阈值β，其中，在电路径开闭单元40的所述另一端处生成的电压取决于由在非导通故障发生在反向连接防止FET 42中的情况下当再生电流即将从电感负载驱动单元20侧流到DC电源BT时作为电感负载的电机MT生成的电压。

故此，在电感负载控制设备100(其中，桥电路20被配置有所布置的多个开关元件，使得再生电流从电感负载侧流到直流电源BT)中，当电路径控制单元50基于来自故障检测单元70的命令信号执行控制以使得断电FET41和反向连接防止FET 42导通时，电压检测单元60检测第一电压V1与第二电压V2之间的电压差(V2-V1，第二电压差)。在电压差(V2-V1，第二电压差)大于通过实验等预先适当设置的高电压的值的第二阈值β的情况下，故障检测单元70检测反向连接防止FET 42处于非导通故障中。通过以此方式进行检测，当再生电流流动时，可以检测反向连接防止FET 42(用于反向接触保护的开关元件)的非导通故障。桥电路20包括所布置的多个开关元件使得再生电流从电感负载侧流到DC电源BT的这事件意味着，例如，与配置桥电路20的高电势侧开关元件Quh、Qvh和Qwh并联布置的二极管的阳极连接到电机MT侧，并且其阴极连接到DC电压侧，并且此外，与配置桥电路20的低电势侧开关元件Qul、Qvl和Qwl并联布置的二极管的阳极连接到接地侧，并且其阴极连接到电机MT侧。

将参考图8和图9描述电感负载控制设备100中的控制方法和故障检测方法。流程图中的字母S指示步骤。在S96中，当车辆的点火开关IG打开时，在电感负载控制设备100中，向每个单元供应电力，并且开始操作。在电感负载控制设备100中，首先，在S98中，故障检测单元70打开电路径开闭单元40以执行稍后将描述的故障检测。在当电路径开闭单元40打开时故障检测单元70检测到异常的情况下，故障检测单元70执行故障安全处理(例如比如禁止驱动电机的处理)。在故障检测单元70未检测到异常的情况下，使得电路径开闭单元40打开，并且电感负载驱动控制单元80基于从外部读取的转向扭矩值和电机MT的旋转角度计算作为待供应给电机MT的电流的目标命令值。此外，电感负载驱动控制单元80根据从分流电阻器读取的电压计算流向电机MT的实际测量值。然后，电感负载驱动控制单元80将实际测量值反馈回电机控制，调整流向电机MT的电流，并且然后通过PWM驱动电机MT。直到点火开关IG关闭，以预定控制周期重复该系列的控制。当点火开关IG关闭时，电感负载控制设备100停止控制。

电感负载控制设备100在S100中执行图9所示的故障检测。在S102中，电感负载控制设备100检查在故障检测中是否检测到异常。参考图9，将描述故障检测方法。电压检测单元60在S202中测量第一电压V1和第二电压V2，并且在S204中计算第一电压V1与第二电压V2之间的电压差。在步骤S206中，故障检测单元70检查是否满足表达式(2)。在满足表达式(2)的情况下，故障检测单元70在S214中确定反向连接防止FET 42处于断开故障中。在步骤S216中，故障检测单元70通知电感负载驱动控制单元80。

在不满足表达式(2)的情况下，即，当电路径控制单元50执行控制以使得断电FET41和反向连接防止FET 42导通时，电压检测单元60检测第一电压V1与第二电压V2之间的电压差(V1-V2，第一电压差)，并且在检测到反向连接防止FET 42不处于非导通故障的情况下，在S208中，故障检测单元70检查是否满足表达式(4)。当满足表达式(4)时，在步骤S214中，故障检测单元70确定反向连接防止FET 42处于断开故障中，并且在步骤S216中通知电感负载驱动控制单元80。在该实施例中，虽然在S208中执行的检查在每个控制周期得以执行，但可以根据PWM控制的定时来执行，所述PWM控制是促使再生电流流向DC电源的路径的每个驱动半导体开关元件的导通和截止的组合。

在不满足表达式(4)的情况下，即，当电路径控制单元50执行控制以使得断电FET41和反向连接防止FET 42导通时，电压检测单元60检测到第一电压V1与第二电压V2之间的电压差(V2-V1，第二电压差)，并且在检测到反向连接防止FET 42不处于非导通故障的情况下，故障检测单元70在S210中确定反向连接防止FET 42是正常的。通过将满足表达式的状态持续达预定时间的事件添加到需求中，可以在S206或S208的确定中确定反向连接防止FET 42处于断开故障中。

通过以此方式执行故障检测，当连接DC电源BT并且使得电路径30导通时，或当再生电流流动时，可以检测反向连接防止FET 42(反向连接保护开关元件)的非导通故障。

在故障检测单元70通知电感负载驱动控制单元80存在异常的情况下，在步骤S114中，执行当存在异常时的故障安全处理。例如，打开诸如促使驾驶员执行维护检查的指示器，或停止驱动电机MT。然后电感负载控制设备100结束控制。

在未检测到异常的情况下，电感负载控制设备100执行电机MT的驱动控制。更具体地说，电感负载驱动控制单元80在S104中读取从传感器或ECU获得的信号，并且在S106中计算待输出到预驱动器单元90的占空比的目标命令值。电感负载驱动控制单元80实际测量桥电路20的每个相位中流动的电流等，并且在S108中获取电流等，并且在S110中基于目标命令值和实际测量值使得预驱动器单元90输出用于驱动电机MT的PWM信号以驱动电机MT。在S112中，电感负载控制设备100检查点火开关IG是否关闭。当点火开关IG保持打开时，电感负载控制设备100重复S100至S110，并且一直执行故障检测。当点火开关IG关闭时，控制结束。

本发明的一个或多个实施例不限于所示实施例，并且可以在不脱离各个权利要求中描述的内容的情况下通过范围内的配置得以实现。也就是说，虽然已经参考本发明的特定实施例具体示出并且描述了本发明，但对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种改变、替换和变更。

在该实施例中，使用第一电压V1与第二电压V2之间的电压差，而比较第一电压V1和第二电压V2是足够的。例如，将通过将预定值与第一电压V1相加所获得的值与第二电压V2之间的电压差和阈值进行比较等也处于本发明的范围内。预定值是通过将断电FET 41的漏极与源极之间的电压降和反向连接防止FET寄生二极管44的正向电压降相加所获得的值或通过将断电FET 41的源极与漏极之间的电压降和反向连接防止FET寄生二极管44的正向电压降相加所获得的值。可以使用第一电压V1与第二电压V2之间的比率等。

在该实施例的情况下，由于开关元件是FET，因此电压降是漏极与源极之间的电压差，但继电器可以用作开关元件。电压降在此情况下是继电器的两个接触点之间的电压差。

虽然已经关于有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解，可以设计出不脱离本文所公开的本发明的范围的其他实施例。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求限定。

Claims (4)

1.一种电感负载控制设备，包括：

电路径，其被配置为连接外部DC电源和电感负载驱动单元，所述电感负载驱动单元被配置为从所述DC电源向电感负载供应电流并且驱动所述电感负载；

电路径开闭单元，其被设于所述电路径中，并且被配置为连接或断开所述电路径；

电路径控制单元，其被配置为控制所述电路径开闭单元的打开和闭合；

电压检测单元，其被配置为检测在DC电源侧上的所述电路径开闭单元的一端处的第一电压与在电感负载驱动单元侧上的所述电路径开闭单元的另一端处的第二电压之间的电压差；以及

故障检测单元，其被配置为检测所述电路径开闭单元的故障，

其中，所述电路径开闭单元包括：

第一开关元件；

第二开关元件，其与所述第一开关元件串联连接；以及

二极管，其与所述第一开关元件串联连接并且与所述第二开关元件并联连接，使得所述二极管的阳极布置在所述DC电源的方向上，以及其中，所述故障检测单元被配置为基于所述电压差检测所述第二开关元件处于非导通故障中，

其中，所述电感负载驱动单元是桥电路，所述桥电路包括被布置为允许再生电流从电感负载侧流到所述DC电源的多个开关元件，

其中，所述电压检测单元被配置为：当所述电路径控制单元通过使得所述第一开关元件和所述第二开关元件导通而执行控制以驱动所述电感负载驱动单元时，检测所述第一电压与所述第二电压之间的第二电压差，以及

其中，所述故障检测单元被配置为：在所述第二电压差大于预定第二阈值的情况下，检测所述第二开关元件处于非导通故障中。

2.如权利要求1所述的电感负载控制设备，

其中，基于所述电感负载驱动单元侧上的所述电路径开闭单元的所述另一端处生成的电压来设置所述第二阈值，在所述另一端处生成的所述电压取决于在由于所述第二开关元件的非导通故障而导致所述再生电流不通过所述第二开关元件流到所述DC电源的情况下、由所述电感负载所生成的电压。

3.一种电感负载控制设备，包括：

电源端，其连接到外部DC电源；

电感负载驱动单元，其被配置为向电感负载供应电流并且驱动所述电感负载；

电路径，其被配置为连接所述电源端和所述电感负载驱动单元；

电路径开闭单元，其被设于所述电路径中，并且被配置为连接或断开所述电路径；

电路径控制单元，其被配置为控制所述电路径开闭单元的打开和闭合；

电压检测单元，其被配置为检测第一电压和第二电压之间的电压差，所述第一电压是所述电路径开闭单元与所述电源端之间的电压，所述第二电压是所述电路径开闭单元与所述电感负载驱动单元之间的电压；以及

故障检测单元，其被配置为检测所述电路径开闭单元的故障，

其中，所述电路径开闭单元包括：

第一开关元件；

第二开关元件，其与所述第一开关元件串联连接；以及

二极管，其与所述第一开关元件串联连接并且与所述第二开关元件并联连接，使得所述二极管的阳极布置在所述电源端的方向上，以及其中，所述故障检测单元被配置为基于所述电压差检测所述第二开关元件处于非导通故障中，

其中，所述电感负载驱动单元是桥电路，所述桥电路包括被布置为允许再生电流从所述电感负载侧流到所述DC电源的多个开关元件，

其中，所述电压检测单元被配置为：当所述电路径控制单元通过使得所述第一开关元件和所述第二开关元件导通而执行控制以驱动所述电感负载驱动单元时，检测所述第一电压与所述第二电压之间的第二电压差，以及

其中，所述故障检测单元被配置为：在所述第二电压差大于预定第二阈值的情况下，检测所述第二开关元件处于非导通故障中。

4.如权利要求3所述的电感负载控制设备，

其中，基于所述电感负载驱动单元侧上的所述电路径开闭单元的所述另一端处生成的电压来设置所述第二阈值，在所述另一端处生成的所述电压取决于在由于所述第二开关元件的非导通故障而导致所述再生电流不通过所述第二开关元件流到所述DC电源的情况下、由所述电感负载所生成的电压。

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