WO2017137254A1 - Schutz von einem verpolschutz-mosfet durch emk-messung - Google Patents

Schutz von einem verpolschutz-mosfet durch emk-messung Download PDF

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    • H02J7/68—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including safety or protection arrangements using circuits for correcting or protecting against reverse-polarity

Definitions

  • the present invention relates to a device for steering a vehicle and a method for preventing damage to a reverse polarity protection of a steering of a vehicle.
  • disconnectors and switches are known as polarity reversal protection.
  • These circuit breakers can be designed in particular as Mosfets.
  • Disconnectors are particularly necessary to turn off individual electric motors or controls of electric motors of a steering system. In this way, a steering ability can be obtained despite the failure of an electric motor or servomotor of the steering system.
  • switching off a servomotor can lead to the generation of a high electromotive force (eg switching off inductance). This electromotive force may exceed the dielectric strength of the corresponding circuit breaker, which may result in damage to the circuit breaker.
  • Other power switches, in particular reverse polarity protection can also be affected. It is therefore an object to provide a device which provides protection of reverse polarity protection against high electromotive force.
  • a device for steering a vehicle comprising: an output stage for driving an electric motor, a DC link for supplying the output stage with electrical energy, wherein the DC link has a DC voltage, a circuit breaker for decoupling the output stage of the steering and reverse polarity protection to prevent an incorrect connection of a supply voltage to the output stage, the device generates a pulse at high DC link voltage to close the Verpoltikes.
  • a method for preventing damage to reverse polarity protection of a steering system of a vehicle comprising the steps of: measuring a DC link voltage of a vehicle
  • Bridge circuit of a servomotor comparing the DC link voltage with a comparison voltage and if the DC link voltage is greater than the comparison voltage, performing a first measure.
  • a device wherein the polarity reversal protection is designed as mosfet and its intrinsic body diode is directed against the intermediate circuit voltage.
  • the intrinsic body diode is reverse-connected.
  • the electromotive force is above the mosfet.
  • the electromotive Force can be the DC link voltage, especially when reducing the energetic fields of inductances of the electric motor steering.
  • the servomotor corresponds to the electric motor.
  • a device is provided, wherein the intrinsic body diode of the circuit breaker is formed in the direction of the intermediate circuit voltage.
  • Bodydioden Intrinsic body diodes are connected in the forward direction with respect to an electromotive force.
  • an apparatus having a circuit for comparing the intermediate circuit voltage with a reference voltage, wherein
  • the circuit if the intermediate circuit voltage is greater than the reference voltage, the circuit generates a pulse to close the Verpolschutzes.
  • a device wherein, if the circuit has a pulse to close the
  • an electromotive force for example, due to an inductance of the servo motor, are degraded, without causing damage to components.
  • a method wherein the first measure is the switching on of the power switch of the reverse polarity protection.
  • the first measure is the switching on of the power switch of the reverse polarity protection.
  • it can be considered to provide a circuit which detects an electromotive force of a servomotor and / or a final stage of a steering. Upon detection of a high electromotive force, which may result in damage to an open power switch, the corresponding power switch is closed. This can prevent damage to the power switch. In particular, it can be ensured that the electromotive force discharges via a voltage source.
  • Fig. 1 shows a circuit with a detection circuit of a high electromotive force
  • FIG. 2 shows a flow chart with a method according to the invention.
  • Fig. 1 shows two servomotors / electric motors 1, 2 a steering of a vehicle.
  • the individual phases el, e2, e3 of the electric motors 1, 2 are each from
  • Half bridges 3, 4 controlled.
  • the half bridges of an electric motor represent its output stage.
  • Voltages V2, V3 are applied to the half bridges 3, 4. If the half-bridges 3, 4 are switched off, for example because of a disturbance of the relevant servomotor 1, 2 or a bridge circuit 3, 4, very high levels can occur
  • Voltages V2, V3 result due to an electromotive force. These electromotive force can lead to damage of the corresponding circuit breaker 8, 9 and / or the polarity reversal protection 7. In particular, the mosfet of the polarity reversal protection is at risk because its intrinsic body diode is connected in terms of an electromotive force in the reverse direction.
  • a circuit 6 is provided which measures the voltage V2, V3 across the bridge circuits 3, 4, for example by comparison with a predetermined one
  • the polarity reversal protection 7 and / or the circuit breaker 8, 9 may be formed as Mosfets.
  • the circuit breaker 8, 9 are shown with their intrinsic diodes 13 and the reverse polarity protection 7 with its intrinsic diode 14. If there is a high emf (electromotive force) of the electric motor 1, the circuit breaker 8 through its diode 13 in Forward direction switched. However, the polarity reversal protection 7 is not switched in the direction of flow, since the diode 14 is arranged in the reverse direction. At a high EMF, therefore, a pulse must be sent to the polarity reversal protection 7 by the device 6, so that the polarity reversal protection 7 is turned on. Otherwise, too high a voltage at the polarity reversal protection 7 fall off, which can lead to its destruction. After switching through the reverse polarity protection, the EMF of the electric motor 1 drops via the disconnector 8 and via the polarity reversal protection 7, whereby a division of the EMF occurs on two circuit breakers.
  • emf electrostatic force
  • Fig. 2 shows a flowchart with a measuring process in which a
  • DC link voltage is compared with a reference voltage 11. If it is found that the DC link voltage is greater than the reference voltage, fiction, it is assumed that there is a high electromotive force, the endangerment of a corresponding circuit breaker and / or
  • a measure 1 can be initiated, which leads to the electromotive force being limited or being reduced or being distributed to a plurality of electronic components, in particular mosfets.
  • the distribution of electromotive force can be achieved by that

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Abstract

Die Beschreibung umfasst eine Vorrichtung zur Lenkung eines Fahrzeugs, umfassend: eine Endstufe (3, 4) zur Ansteuerung eines Elektromotors (1, 2), einen Zwischenkreis zur Versorgung der Endstufe (3, 4) mit elektrischer Energie, wobei der Zwischenkreis eine Zwischenkreisspannung (V2, V3) aufweist, einen Trennschalter (8, 9) zur Abkopplung der Endstufe (3, 4) von der Lenkung und einen Verpolschutz (7) zum Verhindern eines verkehrten Anschlusses einer Versorgungsspannung (5) an die Endstufe (3, 4), wobei die Vorrichtung bei hoher Zwischenkreisspannung (V2, V3) einen Impuls zur Schließung des Verpolschutzes (7) generiert.

Description

SCHUTZ VON EINEM VERPOLSCHUTZ-MOSFET DURCH EMK-MESSUNG
BESCHREIBUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lenkung eines Fahrzeugs und ein Verfahren zur Vermeidung einer Beschädigung eines Verpolschutzes einer Lenkung eines Fahrzeugs.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Stand der Technik sind Trennschalter und Schalter als Verpolschutz bekannt. Diese Leistungsschalter können insbesondere als Mosfets ausgebildet sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Trennschalter sind insbesondere notwendig, um einzelne Elektromotoren oder Steuerungen von Elektromotoren eines Lenksystems abzuschalten. Hierdurch kann eine Lenkfähigkeit trotz des Ausfalls eines Elektromotors bzw. Servomotors des Lenksystems erhalten werden. Allerdings kann das Abschalten eines Servomotors zur Entstehung einer hohen elektromotorischen Kraft führen (z.B. Abschalten von Induktivitäten). Diese elektromotorische Kraft kann die Spannungsfestigkeit des entsprechenden Trennschalters überschreiten, wodurch sich eine Beschädigung des Trennschalters ergeben kann. Auch weitere Leistungs Schalter, insbesondere ein Verpolschutz, können in Mitleidenschaft gezogen werden. Eine Aufgabe ist daher, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen Schutz eines Verpolschutzes vor einer hohen elektromotorischen Kraft bietet.
Als erste Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Lenkung eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, umfassend: eine Endstufe zur Ansteuerung eines Elektromotors, einen Zwischenkreis zur Versorgung der Endstufe mit elektrischer Energie, wobei der Zwischenkreis eine Zwischenkreis Spannung aufweist, einen Trennschalter zur Abkopplung der Endstufe von der Lenkung und einen Verpolschutz zum Verhindern eines verkehrten Anschlusses einer Versorgungsspannung an die Endstufe, wobei die Vorrichtung bei hoher Zwischenkreis Spannung einen Impuls zur Schließung des Verpolschutzes generiert.
Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Vermeidung einer Beschädigung eines Verpolschutzes einer Lenkung eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte: Messen einer Zwischenkreis Spannung einer
Brückenschaltung eines Servomotors, Vergleichen der Zwischenkreis Spannung mit einer Vergleichsspannung und falls die Zwischenkreisspannung größer als die Vergleichs Spannung ist, Durchführen einer ersten Maßnahme. Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen
beschrieben.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei der Verpolschutz als Mosfet ausgebildet ist und seine intrinsische Bodydiode entgegen der Zwischenkreisspannung gerichtet ist.
Ist die intrinsische Bodydiode eines Mosfets entgegen einer möglichen
elektromotorischen Kraft gerichtet, ist die intrinsische Bodydiode in Sperrichtung geschaltet. In diesem Fall liegt die elektromotorische Kraft über dem Mosfet.
Überschreitet die elektromotorische Kraft die Spannungsfestigkeit des Mosfets kann sich eine Beschädigung des Mosfets ergheben. Insbesondere ein Verpolschutz in Form eines Mosfets kann in Mitleidenschaft gezogen werden. Die elektromotorische Kraft kann die Zwischenkreisspannung, insbesondere bei Abbau der energetischen Felder von Induktivitäten des Elektromotors der Lenkung, ergeben. Der Servomotor entspricht dem Elektromotor. In einer weiteren erfindungs gemäßen Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei die intrinsische Bodydiode des Trennschalters in Richtung der Zwischenkreisspannung ausgebildet ist.
Die Mosfets der Trennschalter sind derart geschaltet, dass ihre intrinsische
Bodydioden (intrinsic body diodes) in Durchlassrichtung bezüglich einer elektromotorischen Kraft geschaltet sind.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung eine Schaltung zum Vergleichen der Zwischenkreisspannung mit einer Referenzspannung aufweist, wobei
falls die Zwischenkreisspannung größer als die Referenzspannung ist, die Schaltung einen Impuls zur Schließung des Verpolschutzes generiert.
In einer weiteren erfindungs gemäßen Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei, falls die Schaltung einen Impuls zur Schließung des
Verpolschutzes generiert, die Zwischenkreisspannung an einem Kondensator oder einer Spannungsquelle anliegt.
Durch das Zuschalten einer Entlademöglichkeit kann eine elektromotorische Kraft, beispielsweise aufgrund einer Induktivität des Servomotors, abgebaut werden, ohne dass eine Beschädigung von Bauteilen erfolgt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei die erste Maßnahme das Einschalten des Leistungs Schalters des Verpolschutzes ist. Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, eine Schaltung vorzusehen, die eine elektromotorische Kraft eines Servomotors und/oder einer Endstufe einer Lenkung detektiert. Nach Feststellung einer hohen elektromotorischen Kraft, die zu einer Beschädigung eines geöffneten Leistungs Schalters führen kann, wird der entsprechende Leistungsschalter geschlossen. Hierdurch kann eine Beschädigung des Leistungs Schalters verhindert werden. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass sich die elektromotorische Kraft über eine Spannungsquelle entlädt.
Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
Fig. 1 eine Schaltung mit einer Detektionsschaltung einer hohen elektromotorischen Kraft und
Fig. 2 ein Flussdiagramm mit einem erfindungsgemäßen Verfahren.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 1 zeigt zwei Servomotoren/Elektromotoren 1, 2 einer Lenkung eines Fahrzeugs. Die einzelnen Phasen el, e2, e3 der Elektromotoren 1, 2 werden jeweils von
Halbbrücken 3, 4 angesteuert. Die Halbbrücken eines Elektromotors stellen dessen Endstufe dar. An den Halbbrücken 3, 4 liegen Spannungen V2, V3 an. Werden die Halbbrücken 3, 4 abgeschaltet, beispielsweise wegen einer Störung des betreffenden Servomotors 1, 2 oder einer Brückenschaltung 3, 4, können sich sehr hohe
Spannungen V2, V3 aufgrund einer elektromotorischen Kraft ergeben. Diese elektromotorische Kraft kann zu einer Beschädigung des entsprechenden Trennschalters 8, 9 und/oder des Verpolschutzes 7 führen. Insbesondere der Mosfet des Verpolschutzes ist gefährdet, da dessen intrinsic body diode bezüglich einer elektromotorischen Kraft in Sperrrichtung geschaltet ist. Erfindungsgemäß wird eine Schaltung 6 vorgesehen, die die Spannung V2, V3 über den Brückenschaltungen 3, 4 misst, beispielsweise durch einen Vergleich mit einer vorgegebenen
Referenzspannung VI. Überschreitet die Spannung V2, V3 die Vergleichsspannung VI wird dies erkannt und der Verpolschutz 7 wird durch geschaltet. Auf diese Weise kann sich die elektromotorische Kraft über die Spannungsquelle 5 entladen. Der Verpolschutz 7 und/oder die Trennschalter 8, 9 können als Mosfets ausgebildet sein.
In Fig. 1 sind die Trennschalter 8, 9 mit ihren intrinsischen Dioden 13 dargestellt und der Verpolschutz 7 mit seiner intrinsischen Diode 14. Falls sich eine hohe EMK (elektromotorische Kraft) des Elektromotors 1 ergibt, so ist der Trennschalter 8 durch seine Diode 13 in Durchlassrichtung geschaltet. Der Verpolschutz 7 ist jedoch nicht in Flussrichtung geschaltet, da die Diode 14 in Sperrichtung angeordnet ist. Bei einer hohen EMK muss daher durch die Vorrichtung 6 ein Impuls an den Verpolschutz 7 gesendet werden, damit der Verpolschutz 7 durchgeschaltet wird. Andernfalls kann eine zu hohe Spannung an dem Verpolschutz 7 abfallen, die zu seiner Zerstörung führen kann. Nach dem Durchschalten des Verpolschutzes fällt die EMK des Elektromotors 1 über den Trennschalter 8 und über dem Verpolschutz 7 ab, wodurch eine Aufteilung der EMK auf zwei Leistungsschalter erfolgt.
Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm mit einem Messvorgang, bei dem eine
Zwischenkreisspannung einer Halbbrücke bestimmt wird 10. Diese
Zwischenkreisspannung wird mit einer Vergleichsspannung verglichen 11. Ergibt sich, dass die Zwischenkreisspannung größer als die Vergleichsspannung ist, wird erfindungs gemäß davon ausgegangen, dass eine hohe elektromotorische Kraft vorliegt, die eine Gefährdung eines entsprechenden Trennschalters und/oder
Verpolschutzes darstellt. In diesem Fall kann eine Maßnahme 1 eingeleitet werden, die dazu führt, dass die elektromotorische Kraft begrenzt wird bzw. abgebaut wird bzw. auf mehrere elektronoische Bauteile, insbesondere Mosfets, verteilt wird. Durch die Verteilung der elektromotorischen Kraft kann erreicht werden, dass die
Spannungsfestigkeiten der einzelnen Bauteile nicht überschritten wird.
Es sei angemerkt, dass der Begriff„umfassen" weitere Elemente oder
Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff„ein" und„eine" mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
1 Elektromotor
2 Elektromotor
3 Halbbrücke
4 Halbbrücke
5 Gleichspannungsquelle
6 Vergleichsschaltung
7 Leistungsschalter als Verpolschutz
8 Leistungsschalter als Trennschalter des ersten Elektromotors
9 Leistungsschalter als Trennschalter des ersten Elektromotors
10 Messen einer Zwischenkreisspannung
11 Vergleich der Zwischenkreisspannung mit einer
Vergleichsspannung/Referenzspannung
12 Verpolschutz ein
13 intrinsic body diode des Mosfets/Leistungsschalters
14 intrinsic body diode des Mosfets/Leistungsschalters el erste Phase eines Elektromotors
e2 zweite Phase eines Elektromotors
e3 dritte Phase eines Elektromotors
VI Vergleichsspannung
V2 Zwischenkreisspannung erster Elektromotor
V3 Zwischenkreisspannung zweiter Elektromotor
V4 Spannung über Trennschalter erster Elektromotor
V5 Spannung über Trennschalter zweiter Elektromotor
V6 Spannung über Verpolschutz

Claims

ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Lenkung eines Fahrzeugs, umfassend:
eine Endstufe (3, 4) zur Ansteuerung eines Elektromotors (1, 2),
einen Zwischenkreis zur Versorgung der Endstufe (3, 4) mit elektrischer Energie, wobei der Zwischenkreis eine Zwischenkreisspannung (V2, V3) aufweist,
einen Trennschalter (8, 9) zur Abkopplung der Endstufe (3, 4) von der Lenkung und
einen Verpolschutz (7) zum Verhindern eines verkehrten Anschlusses einer Versorgungsspannung (5) an die Endstufe (3, 4),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung bei hoher Zwischenkreisspannung (V2, V3) einen Impuls zur Schließung des Verpolschutzes (7) generiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verpolschutz als Mosfet ausgebildet ist und seine intrinsische Bodydiode entgegen der
Zwischenkreisspannung (V2, V3) gerichtet ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die intrinsische Bodydiode des Trennschalters (8, 9) in Richtung der
Zwischenkreisspannung (V2, V3) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, die Vorrichtung eine Schaltung (6) zum Vergleichen der
Zwischenkreisspannung (V2, V3) mit einer Referenzspannung (VI) aufweist, wobei falls die Zwischenkreisspannung (V2, V3) größer als die Referenzspannung (VI) ist, die Schaltung (6) einen Impuls zur Schließung des Verpolschutzes (7) generiert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass falls die Schaltung (6) einen Impuls zur Schließung des Verpolschutzes (7) generiert, die Zwischenkreisspannung (V2, V3) an einem Kondensator oder einer Spannungsquelle (5) anliegt.
6. Verfahren zur Vermeidung einer Beschädigung eines Verpolschutzes einer Lenkung eines Fahrzeugs umfassend die Schritte:
Messen einer Zwischenkreisspannung einer Brückenschaltung eines
Servomotors (10),
Vergleichen der Zwischenkreisspannung mit einer Vergleichsspannung (11) und
falls die Zwischenkreisspannung größer als die Vergleichs Spannung ist, Durchführen einer ersten Maßnahme (12).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Maßnahme das Einschalten des Leistungsschalters des Verpolschutzes ist.
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