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DE102023205557A1 - Method and device for detecting a single defective semiconductor switch based on the excitation current - Google Patents

Method and device for detecting a single defective semiconductor switch based on the excitation current Download PDF

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DE102023205557A1
DE102023205557A1 DE102023205557.0A DE102023205557A DE102023205557A1 DE 102023205557 A1 DE102023205557 A1 DE 102023205557A1 DE 102023205557 A DE102023205557 A DE 102023205557A DE 102023205557 A1 DE102023205557 A1 DE 102023205557A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
excitation current
semiconductor switches
current
excitation
controlled
Prior art date
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Application number
DE102023205557.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Hendrik Gerth
Tobias Graßl
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.)
Audi AG
Volkswagen AG
Original Assignee
Audi AG
Volkswagen AG
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 Audi AG, Volkswagen AG filed Critical Audi AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen eines einzelnen dauerhaft leitenden defekten Halbleiterschalters der Halbleiterschalter (210, 340) einer halbgesteuerte H-Brückenschaltung (100) zum Stellen eines Erregerstroms einer fremderregten Synchronmaschine, wobei die halbgesteuerte H-Brückenschaltung (100)
einen Brückenzweig (200) mit einem der Halbleiterschalter T1 (210) und einer in Reihe in Sperrrichtung geschalteten Diode D3 (230) und
einen weiteren Brückenzweig (300) umfassend eine weitere Diode D2 (320) in Sperrrichtung in Reihe mit einem weiteren der Halbleiterschalter T4 (340) sowie
einen Lastzweig (400) umfassend eine Erregerwicklung (460) und eine Strommesseinrichtung (480) zum Messen des aktuellen Erregerstroms umfasst;
wobei eine Steuereinrichtung (1200) zwei gleichfrequente, um eine halbe Periode phasenversetzte pulsweitenmodulierte Steuersignale (611, 621) zum Ansteuern der Halbleiterschalter (210, 340) erzeugt, wobei ausgewertet wird, ob eine Stromänderung des Erregerstroms ihr Vorzeichen zeitlich korreliert mit jedem der nominellen Schaltzeitpunkte (T1ein, T4aus, T4ein, T1aus) eines der Halbleiterschalter (210, 340) ändert, und wenn dieses nicht der Fall ist, ein Fehlersignal ausgeben wird.

Figure DE102023205557A1_0000
The invention relates to a method and a device for detecting a single permanently conductive defective semiconductor switch of the semiconductor switches (210, 340) of a half-controlled H-bridge circuit (100) for setting an excitation current of an externally excited synchronous machine, wherein the half-controlled H-bridge circuit (100)
a bridge branch (200) with one of the semiconductor switches T1 (210) and a diode D3 (230) connected in series in the reverse direction and
a further bridge branch (300) comprising a further diode D2 (320) in reverse direction in series with another of the semiconductor switches T4 (340) and
a load branch (400) comprising an excitation winding (460) and a current measuring device (480) for measuring the current excitation current;
wherein a control device (1200) generates two pulse-width modulated control signals (611, 621) of equal frequency and phase-shifted by half a period for controlling the semiconductor switches (210, 340), wherein it is evaluated whether a current change in the excitation current changes its sign in a temporally correlated manner with each of the nominal switching times (T1 on , T4 off , T4 on , T1 off ) of one of the semiconductor switches (210, 340), and if this is not the case, an error signal is output.
Figure DE102023205557A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines einzelnen dauerhaft leitenden, defekten Halbleiterschalters einer halbgesteuerten H-Brücke zum Stellen eines Erregerstroms einer fremderregten Synchronmaschine. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung mit einer Detektionseinrichtung zum Erkennen eines einzelnen dauerhaft leitenden, defekten Halbleiterschalters einer solchen halbgesteuerten H-Brücke zum Stellen eines Erregerstroms.The invention relates to a method for detecting a single permanently conductive, defective semiconductor switch of a semi-controlled H-bridge for setting an excitation current of an externally excited synchronous machine. In addition, the invention relates to a control device with a detection device for detecting a single permanently conductive, defective semiconductor switch of such a semi-controlled H-bridge for setting an excitation current.

Als Ansteuerschaltung zur Erzeugung eines Erregerstroms einer fremderregten Synchronmaschine wird häufig eine halbgesteuerte H-Brückenschaltung verwendet, die kurz auch halbgesteuerte H-Brücke genannt wird. In 1 ist schematisch eine solche Schaltung dargestellt. Die Schaltung 100 umfasst einen Brückenzweig 200 und einen weiteren Brückenzweig 300. Der eine Brückenzweig 200 umfasst einen Halbleiterschalter 210, der auch mit dem Kürzel T1 bezeichnet wird. In Reihe mit dem Halbleiterschalter 210 ist eine in Sperrrichtung gepolte Diode 230 verschaltet, die auch als D3 bezeichnet wird. Der weitere Brückenzweig 300 umfasst eine in Sperrrichtung angeordnete weitere Diode 320, welche auch als D2 bezeichnet wird. In Reihe mit der weiteren Diode ist in dem weiteren Brückenzweig 300 ein weiterer Halbleiterschalter 340 angeordnet, der auch als T4 bezeichnet wird.A half-controlled H-bridge circuit, also called a half-controlled H-bridge, is often used as a control circuit for generating an excitation current of a separately excited synchronous machine. In 1 Such a circuit is shown schematically. The circuit 100 comprises a bridge branch 200 and a further bridge branch 300. One bridge branch 200 comprises a semiconductor switch 210, which is also referred to by the abbreviation T1. A reverse-biased diode 230, which is also referred to as D3, is connected in series with the semiconductor switch 210. The further bridge branch 300 comprises a further diode 320 arranged in the reverse direction, which is also referred to as D2. In series with the further diode, a further semiconductor switch 340, which is also referred to as T4, is arranged in the further bridge branch 300.

Zwischen einem Verbindungspunkt 250 des einen Brückenzweigs 200 zwischen dem einen Halbleiterschalter 210 und der einen Diode 230 und einem weiteren Verbindungspunkt 350 des weiteren Brückenzweigs 300 zwischen der weiteren Diode 320 und dem weiteren Halbleiterschalter 340 ist ein Lastzweig 400 ausgebildet. Der Lastzweig 400 umfasst eine Erregerwicklung 460, für die als Ersatzschaltbild ein ohmscher Wicklungswiderstand 465 und eine Wicklungsinduktivität 467 eingezeichnet sind. Im Lastzweig 400 ist ferner eine Strommesseinrichtung 480 in Reihe mit der Erregerwicklung 460 ausgebildet. Die Strommesseinrichtung 480 ist ausgebildet, den Erregerstrom Iexc zu messen. Über der Erregerwicklung 460 fällt eine Anregungsspannung Uexc ab. Der Brückenzweig 200 und der weitere Brückenzweig 300 sind mit einem Ende 201, 301 mit einem positiven Pol 51 einer Versorgungsspannung UDC und mit dem gegenüberliegenden Ende 202, 302 mit einem Minuspol 52 der Versorgungsspannung verbunden. Parallel zu dem Brückenzweig 200 ist ein Zwischenkreiskondensator 500 angeordnet. An diesem liegt die Versorgungsspannung UDC an. Zusätzlich ist eine weitere Strommesseinrichtung 180 ausgebildet, die den durch die halbgesteuerte Brückenschaltung 100 fließenden Gesamtstrom IDC messen kann. Parallel zu dem Zwischenkreiskondensator 500 ist eine Spannungsmesseinrichtung 190 ausgebildet, die die Versorgungsspannung UDC misst.A load branch 400 is formed between a connection point 250 of the one bridge branch 200 between the one semiconductor switch 210 and the one diode 230 and a further connection point 350 of the further bridge branch 300 between the further diode 320 and the further semiconductor switch 340. The load branch 400 comprises an excitation winding 460, for which an ohmic winding resistance 465 and a winding inductance 467 are shown as an equivalent circuit diagram. A current measuring device 480 is also formed in series with the excitation winding 460 in the load branch 400. The current measuring device 480 is designed to measure the excitation current I exc . An excitation voltage U exc is dropped across the excitation winding 460. The bridge branch 200 and the further bridge branch 300 are connected at one end 201, 301 to a positive pole 51 of a supply voltage U DC and at the opposite end 202, 302 to a negative pole 52 of the supply voltage. An intermediate circuit capacitor 500 is arranged parallel to the bridge branch 200. The supply voltage U DC is applied to this. In addition, a further current measuring device 180 is formed, which can measure the total current I DC flowing through the half-controlled bridge circuit 100. A voltage measuring device 190, which measures the supply voltage U DC, is formed parallel to the intermediate circuit capacitor 500.

Um einen Erregerstrom Iexc gemäß einer Anforderung, beispielsweise eines Fahrers in einem Fahrzeug, das mit einer fremderregten Synchronmaschine angetrieben wird, zu bewirken, werden die Halbleiterschalter T1, T4; 210, 340 jeweils mit einem pulsweiten modulierten Steuersignal angesteuert. Wenn im Folgenden von den Halbleiterschaltern gesprochen wird, sind hierunter der eine Halbleiterschalter 210, T1 und der weitere Halbleiterschalter 340, T4 zu verstehen. Wenn von einem der Halbleiterschalter gesprochen wird, kann dies entweder der eine Halbleiterschalter 210, T1 oder der weitere Halbleiterschalter 340, T4 sein.In order to generate an excitation current I exc in accordance with a request, for example from a driver in a vehicle that is driven by an externally excited synchronous machine, the semiconductor switches T1, T4; 210, 340 are each controlled with a pulse-width modulated control signal. When semiconductor switches are mentioned below, this means the one semiconductor switch 210, T1 and the other semiconductor switch 340, T4. When one of the semiconductor switches is mentioned, this can be either the one semiconductor switch 210, T1 or the other semiconductor switch 340, T4.

Die Steuersignale 611, 621 sind Rechtecksignale mit der gleichen Frequenz, die jedoch um eine halbe Periode TPWM gegeneinander versetzt sind (siehe 2). Durch die halbgesteuerte Halbleiterbrücke fließt ein Strom, wenn sowohl der eine der Halbleiterschalter 210, T1 als auch zusätzlich zeitgleich der weitere der Halbleiterschalter 340, T4 leitend sind.The control signals 611, 621 are square-wave signals with the same frequency, but offset from each other by half a period T PWM (see 2 ). A current flows through the half-controlled semiconductor bridge when both one of the semiconductor switches 210, T1 and, at the same time, the other of the semiconductor switches 340, T4 are conductive.

Die Steuersignale 611, 621 weisen jeweils das gleiche Tastverhältnis auf, welches 50 % oder größer ist. Als Tastverhältnis wird das Zeitverhältnis des Steuersignals bei einem Pegel 612, 622, welcher den entsprechenden hiermit angesteuerten Halbleiterschalter 210, 340 in einen leitenden Zustand schaltet, zur Gesamtdauer der Periode TPWM des Signals verstanden. Je größer die Pulsweite 615, 625 der Steuersignale ist, desto größer sind die Zeiträume, in denen in die Erregerwicklung 460 Strom eingespeist werden kann.The control signals 611, 621 each have the same duty cycle, which is 50% or greater. The duty cycle is understood to be the time ratio of the control signal at a level 612, 622, which switches the corresponding semiconductor switch 210, 340 controlled thereby into a conductive state, to the total duration of the period T PWM of the signal. The larger the pulse width 615, 625 of the control signals, the longer the time periods in which current can be fed into the excitation winding 460.

In 2 sind fünf Graphen 610-650 untereinander schematisch dargestellt, die jeweils aufgetragen gegen die Zeit 601 in Einheiten der Periode TPWM des pulsweitenmodulierten Signals angegeben sind. Die oberen beiden Graphen 610, 620 geben das pulsweitenmodulierte Steuersignal 611 bzw. 621 zum Ansteuern des einen der Halbleiter 210, T1 bzw. des einen weiteren der Halbleiter 340, T4 an. Aufgetragen ist ein Pegel 612, 622 gegen die Zeit 601. Da der Halbleiterschalter 210, T1 geschlossen und leitend ist, wenn das Steuersignal 611 den Pegel 1 aufweist, und geschlossen und sperrend ist, wenn der Pegel 0 ist, können der Graph 610 und analog der Graph 620 auch als Zustandsgraphen und die Steuersignale 611, 621 als Zustandskurven der entsprechenden Halbleiterschalter T1, 210 und T4, 340 aufgefasst werden. In 2 Five graphs 610-650 are shown schematically one below the other, each plotted against time 601 in units of the period T PWM of the pulse width modulated signal. The upper two graphs 610, 620 indicate the pulse width modulated control signal 611 or 621 for controlling one of the semiconductors 210, T1 or another of the semiconductors 340, T4. A level 612, 622 is plotted against time 601. Since the semiconductor switch 210, T1 is closed and conductive when the control signal 611 has the level 1, and is closed and blocking when the level is 0, the graph 610 and analogously the graph 620 can also be understood as state graphs and the control signals 611, 621 as state curves of the corresponding semiconductor switches T1, 210 and T4, 340.

Im Graph 630 ist die Erregerspannung 631 aufgetragen. In Zeitbereichen 635, in denen die beiden Steuersignale den Pegel 1 aufweisen, fällt über der Erregerwicklung eine positive, etwa UHV entsprechende Spannung ab. Im Graph 640 ist der sich ändernde Erregerstrom 641 dargestellt. Dieser steigt zeitlich in Bereichen 646, 648 steil an, wenn beide Halbleiterschalter 210, 340, T1, T4 leitend sind, und fällt in den Bereichen 647, 649, in denen nur einer der Halbleiterschalter 210, 340 in einem geschlossenen Zustand ist, etwas langsamer wieder ab. Bei einer intakten halbgesteuerten H-Brückenschaltung gibt es abwechselnde Stromänderungen des Erregerstroms 641.The excitation voltage 631 is plotted in graph 630. In time ranges 635 in which the two control signals have level 1, a positive voltage, approximately U HV corresponding to The changing excitation current 641 is shown in graph 640. This rises steeply in areas 646, 648 when both semiconductor switches 210, 340, T1, T4 are conductive, and falls again somewhat more slowly in areas 647, 649 in which only one of the semiconductor switches 210, 340 is in a closed state. In an intact half-controlled H-bridge circuit, there are alternating current changes in the excitation current 641.

Im letzten Graph 650 ist schließlich der Gesamtstrom IDC 651, der durch die halbgesteuerte Halbbrücke fließt, gegenüber der Zeit 601 aufgetragen.Finally, in the last graph 650, the total current I DC 651 flowing through the half-controlled half-bridge is plotted against time 601.

Bei der dargestellten Variante nach dem Stand der Technik sind die beiden Steuersignale 611, 621 um die halbe Periode TPWM/2 versetzt. Dieses bietet den Vorteil, dass der Strom, der in den Zwischenkreiskondensator 500 ein- und ausgespeist wird, geringgehalten wird. Weiterhin ist die Frequenz der Stromwelligkeit des Erregerstroms 641 bei funktionierenden Halbleiterschaltern doppelt so groß wie die Schaltfrequenz der einzelnen Halbleiterschalter, was vorteilhaft für die Welligkeit des Erregerstroms ist. Außerdem verteilt sich die Verlustleistung jeweils gleichmäßig auf die Halbleiterschalter und Dioden. Neben der hier dargestellten mittenzentrierten Pulsweitenmodulation kann auch eine flankenbezogene Pulsweitenmodulation genutzt werden, bei der die Steuersignale 611, 621 ebenfalls um eine halbe Pulsweitenmodulationsperiode versetzt sind.In the variant shown according to the state of the art, the two control signals 611, 621 are offset by half the period T PWM /2. This offers the advantage that the current that is fed into and out of the intermediate circuit capacitor 500 is kept low. Furthermore, the frequency of the current ripple of the excitation current 641 is twice as high as the switching frequency of the individual semiconductor switches when the semiconductor switches are functioning, which is advantageous for the ripple of the excitation current. In addition, the power loss is distributed evenly between the semiconductor switches and diodes. In addition to the center-centered pulse width modulation shown here, an edge-related pulse width modulation can also be used, in which the control signals 611, 621 are also offset by half a pulse width modulation period.

Bei der Ansteuerung der Halbleiterschalter 210, T1; 340, T4 ist wesentlich, dass sich normalerweise bei jedem Ein- oder Abschalten eines der Halbleiterschalter 210, T1 oder 340, T4 die Spannung an der Erregerwicklung ändert und gleich der positiven Versorgungsspannung, beispielsweise einer Traktionsnetzspannung, oder gleich der negativen Summe der Flussspannungen von Diode und Halbleiter (ca. -2 V bis -3 V) ist. Der Strom verläuft dann über eine Folge von Exponentialfunktionen und steigt bei einer positiven Spannung an der Erregerwicklung durch die Induktivität 467 begrenzt relativ steil an und fällt in der Kurzschlussphase, d. h. bei einem geschlossenen der Halbleiterschalter und einem offenen der Halbleiterschalter, relativ langsam ab.When controlling the semiconductor switches 210, T1; 340, T4, it is important that the voltage at the excitation winding normally changes each time one of the semiconductor switches 210, T1 or 340, T4 is switched on or off and is equal to the positive supply voltage, for example a traction network voltage, or equal to the negative sum of the forward voltages of the diode and semiconductor (approx. -2 V to -3 V). The current then flows through a series of exponential functions and increases relatively steeply when the voltage at the excitation winding is positive, limited by the inductance 467, and falls relatively slowly in the short-circuit phase, i.e. when the semiconductor switch is closed and the semiconductor switch is open.

Die bisherige Beschreibung setzt voraus, dass beide Halbleiterschalter 210, T1; 340, T4 korrekt gemäß der Steuersignale 611, 621 schalten. Da die Erregerwicklung 460 in der Regel als Rotor einer Synchronmaschine ausgebildet ist und häufig eine große Induktivität 467 besitzt, besteht die Notwendigkeit, im Fehlerfall die Erregerwicklung 460 über einen der beiden Halbleiterschalter, entweder den einen der Halbleiterschalter 210, T1 oder den weiteren der Halbleiterschalter 340, T4, kurzzuschließen. Bedingt durch die Stromrichtung leitet die jeweilige Diode 320 bzw. 330 des anderen Brückenzweigs 200, 300. Erfolgt der Kurzschluss nicht, würde die Energie aus der großen Induktivität der Erregerwicklung des Rotors in den Zwischenkreis des Inverters fließen. Falls in diesem Rückspeisefall relativ zeitgleich, einschließlich kurz vor oder. kurz nach dem Kurzschluss, die Batterieschütze geöffnete werden und somit der Umrichter nicht mehr mit der Traktionsnetzbatterie verbunden ist, reicht in der Regel die Kapazität üblicher Zwischenkreiskondensatoren 500 nicht aus, um eine Überspannung mit einer Zerstörung eines Hauptinverters und/oder der hier beschriebenen H-Brückenschaltung sowie gegebenenfalls anderer HV-Komponenten zu verhindern. Daher ist es sinnvoll vorab festzustellen, wenn einer der Halbleiterschalter defekt ist.The previous description assumes that both semiconductor switches 210, T1; 340, T4 switch correctly in accordance with the control signals 611, 621. Since the excitation winding 460 is usually designed as the rotor of a synchronous machine and often has a high inductance 467, in the event of a fault it is necessary to short-circuit the excitation winding 460 via one of the two semiconductor switches, either one of the semiconductor switches 210, T1 or the other of the semiconductor switches 340, T4. Depending on the direction of the current, the respective diode 320 or 330 of the other bridge branch 200, 300 conducts. If the short circuit does not occur, the energy from the high inductance of the excitation winding of the rotor would flow into the intermediate circuit of the inverter. If in this case, feedback occurs relatively simultaneously, including shortly before or. Shortly after the short circuit, the battery contactors are opened and the converter is no longer connected to the traction network battery, the capacity of standard intermediate circuit capacitors 500 is generally not sufficient to prevent an overvoltage with the destruction of a main inverter and/or the H-bridge circuit described here and possibly other HV components. It is therefore sensible to determine in advance if one of the semiconductor switches is defective.

Für den Fehlerfall, dass einer der beiden Halbleiterschalter trotz Ansteuerung dauerhaft im offenen Zustand verbleibt, wird der Erregerstrom Iexc innerhalb einer kurzen Zeitspanne von in der Regel einigen 100 ms auf 0 absinken. Sollten beiden Schalter dauerhaft eingeschaltet sein, liegt die Versorgungsspannung UDC als Spannung der Erregerwicklung Uexc dauerhaft an, sodass der Strom durch die Erregerwicklung stark ansteigt. Eine Überstromerkennung kann diesen Fehler zuverlässig detektieren und die Versorgungsspannung abschalten. Schwieriger und kritisch ist der Fall, bei dem einer der beiden Halbleiterschalter 210, 340 nicht mehr schaltet und in einem dauerhaft leitenden Zustand verbleibt und defekt ist, während der andere Halbleiterschalter noch normal schaltet. Eine Ursache für einen solchen Defekt kann in der Ansteuerschaltung liegen oder auch ein Defekt eines der Halbleiterschalter 210, 340 selbst sein.In the event of a fault that one of the two semiconductor switches remains permanently open despite being controlled, the excitation current I exc will drop to 0 within a short period of time, usually a few 100 ms. If both switches are permanently switched on, the supply voltage U DC is permanently present as the voltage of the excitation winding U exc , so that the current through the excitation winding increases sharply. An overcurrent detection can reliably detect this fault and switch off the supply voltage. A more difficult and critical case is when one of the two semiconductor switches 210, 340 no longer switches and remains in a permanently conductive state and is defective, while the other semiconductor switch still switches normally. A cause for such a defect can lie in the control circuit or it can be a defect in one of the semiconductor switches 210, 340 itself.

Die DE 10 2014 102 869 A1 beschreibt, dass bei einer drehenden elektrischen Maschine ein erstes Schaltelement zum Stoppen einer Versorgung mit einem erregenden Strom, der eine Feldwicklung erregt, vorgesehen ist. Ein Detektor erfasst basierend auf einer Spannung an einem Steueranschluss eines erregenden Stroms, wie die Feldwicklung über den Steueranschluss eines erregenden Stroms mit dem erregenden Strom versorgt wird. Ein Abnormitätsbestimmer bestimmt basierend auf einem erfassten Resultat des Detektors und einer Spannung, die über einer mindestens einphasigen Statorwicklung induziert wird, ob es in mindestens einem zweiten Schaltelement, das mit einem Ausgangsanschluss der mindestens einphasigen Statorwicklung verbunden ist, eine Abnormität gibt. Eine zweite Treibsteuerung steuert basierend auf einem Resultat der Bestimmung des Abnormitätsbestimmers ein Treiben des ersten Schaltelements.The DE 10 2014 102 869 A1 describes that in a rotating electric machine, a first switching element is provided for stopping a supply of an exciting current that excites a field winding. A detector detects, based on a voltage at an exciting current control terminal, how the field winding is supplied with the exciting current via the exciting current control terminal. An abnormality determiner determines, based on a detected result of the detector and a voltage induced across at least one single-phase stator winding, whether there is an abnormality in at least one second switching element connected to an output terminal of the at least one single-phase stator winding. A second drive controller controls a drive of the first switching element based on a result of the determination of the abnormality determiner.

Die EP 3 208 922 A1 betrifft den Betrieb von modularen Stromrichtern, der sicherer gemacht werden soll. Dazu wird ein Verfahren zum Überprüfen eines modularen Stromrichters vorgeschlagen, der mehrere in Serie geschaltete Module aufweist, von denen jedes eine Halbbrücke mit zwei in Serie verbundenen Schaltern und einen zu der Halbbrücke parallelen Pufferkondensator aufweist. Unmittelbar parallel zu dem Pufferkondensator ist ein Spannungsmesser in dem jeweiligen Modul angeordnet. Beim Schließen eines der beiden Schalter wird ein Spannungsverlauf durch den Spannungsmesser erfasst. Dieser Spannungsverlauf wird nach der Zeit differenziert, und daraus wird ein Überprüfungssignal erzeugt. Damit kann die Prüfung auf Modulebene erfolgen.The EP 3 208 922 A1 concerns the operation of modular power converters, which is to be made safer. For this purpose, a method is proposed for testing a modular power converter that has several modules connected in series, each of which has a half-bridge with two switches connected in series and a buffer capacitor parallel to the half-bridge. A voltmeter is arranged in the respective module directly parallel to the buffer capacitor. When one of the two switches is closed, a voltage curve is recorded by the voltmeter. This voltage curve is differentiated according to time, and a test signal is generated from it. This allows the test to be carried out at module level.

DE 10 2016 203 355 A1 beschreibt eine elektrische Vorrichtung, insbesondere eine elektrisch Maschine wie z.B. einen Roboter. Die elektrische Vorrichtung umfasst einen elektrischen Verbraucher, einen elektronischen Schalter, der ein elektronisches Schaltelement und eine das elektronische Schaltelement ansteuernde Treibervorrichtung umfasst, und ein getaktetes Netzteil, welches ein Leistungsteil mit dem elektronischen Schaltelement aufweist und das eingerichtet ist, aus einer elektrischen Spannung aufgrund eines abwechselnden Ein- und Ausschaltens des einen elektronischen Schaltelements eine elektrische Versorgungspannung oder einen elektrischen Versorgungsstrom für den elektrischen Verbraucher zu erzeugen. Das Leistungsteil weist einen Strompfad auf, durch den im Betrieb des Netzteils ein dem elektronischen Schaltelement des elektronischen Schalters zugeordneter elektrischer Strom fließt. Die elektrische Vorrichtung umfasst ferner einen Impulsübertrager. DE 10 2016 203 355 A1 describes an electrical device, in particular an electrical machine such as a robot. The electrical device comprises an electrical consumer, an electronic switch which comprises an electronic switching element and a driver device which controls the electronic switching element, and a clocked power supply which has a power section with the electronic switching element and which is designed to generate an electrical supply voltage or an electrical supply current for the electrical consumer from an electrical voltage due to the one electronic switching element being alternately switched on and off. The power section has a current path through which an electrical current associated with the electronic switching element of the electronic switch flows when the power supply is in operation. The electrical device further comprises a pulse transformer.

Die DE 10 2014 018 665 A1 beschreibt einen Umrichter mit einem eine Bewegungsregelung aufweisenden Regelteil und einem einen Leistungshalbleiterschalter umfassenden Leistungsteil. Das Leistungsteil weist eine eine Sicherheitsfunktion bereitstellende Sicherheitsüberwachung auf.The DE 10 2014 018 665 A1 describes a converter with a control section having a motion control and a power section comprising a power semiconductor switch. The power section has a safety monitoring system that provides a safety function.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen auf einfachere Weise eine Erkennung eines einzelnen defekten Halbleiterschalters in einer halbgesteuerten H-Brücke für eine fremderregte Synchronmaschine detektiert wird, bei der einer der Halbleiterschalter dauerhaft leitend defekt ist.The invention is based on the object of specifying a method and a device with which a detection of a single defective semiconductor switch in a half-controlled H-bridge for a separately excited synchronous machine in which one of the semiconductor switches is permanently conductively defective can be detected in a simpler manner.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by a method having the features of patent claim 1 and by a control device having the features of patent claim 9 and by a computer program product according to claim 11. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass der Strom, der in der Erregerwicklung der fremderregten Synchronmaschine fließt, während eines Steuerzyklus, dessen Dauer mit der Periode der Steuersignale für die Halbleiterschalter der halbgesteuerten H-Brückenschaltung korrespondiert, mehrfach gemessen wird. Aufgrund der Verwendung von phasenversetzten Steuersignalen gibt es in einem Steuerzyklus vier Schaltvorgänge, ein Einschalten des ersten der Halbleiterschalter T1ein, ein Ausschalten des ersten der Halbleiterschalter T1aus, ein Einschalten des weiteren der Halbleiterschalter T4ein, ein Ausschalten des weiteren der Halbleiterschalter T4aus. Da die Halbleiterschalter der halbgesteuerten H-Brücke gleichwertig sind, und keine hierarchische Ordnung existiert, werden diese im Folgenden jeweils als der eine der Halbleiterschalter und als der weitere der Halbleiterschalter bezeichnet. Als Einschalten wird hier ein Herbeiführen des leitenden Zustands angesehen. Ein Ausschalten wird als Herbeiführen eines unterbrochen oder geöffneten und somit nichtleitenden Zustands angesehen. Der Strom in der Erregerwicklung steigt, wenn beide Halbleiterschalter T1, T4 im leitenden Zustand sind. Ist einer der beiden Halbleiterschalter T1, T4 geöffnet und der andere der beiden Halbleiterschalter T1, T4 geschlossen, sinkt der Strom in der Erregerspule. Ein Steuerzyklus, weist somit vier Schaltzeitpunkte und hiermit korrelierte Schaltvorgänge auf, die in zeitlicher Abfolge beispielsweise in folgender Reihenfolge und mit folgenden Ereignissen auftreten, Einschalten des einen Halbleiterschalters T1ein, Ausschalten des weiteren der Halbleiterschalter T4aus, Einschalten des weiteren der Halbleiterschalter T4ein, Ausschalten des einen der Halbleiterschalter T1aus. Die H-Brückenschaltungszustände der dazwischen liegenden Zeitabschnitte können mit den Schaltzuständen der Halbleiterschalter bzw. den die Schaltzustände herbeiführenden Schaltvorgänge assoziiert werden und ergeben: T1aus bis T1ein; T1ein bis T4aus ; T4aus bis T4ein; und T4ein bis T1aus. Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass bei einer mittenzentrierten Pulsweitenmodulation (PWM), der erste (letzte) Zeitabschnitt T4ein bis T1aus über die Steuerzyklusgrenzen hinaus aus dem vorherigen/in den nächsten Steuerzyklus fortdauert. Ungeachtet dieser Tatsache gibt es bei einer flankenbezogenen oder einer mittenzentrierten Pulsweitenmodulation der Steuersignale immer vier aufeinanderfolgende Zeitabschnitte, mit abwechselnder Stromänderung des Erregerstroms. Stromanstieg und Stromabnahme wechseln in zeitlicher Folge, wenn beide der Halbleiterschalter T1 und T4 korrekt schalten. Das Vorliegen dieser Tatsache wird überprüft, indem der Erregerstrom mehrfach gemessen wird und die Vorzeichenänderungen der Stromänderungen überwacht werden. Da bei einem Defekt eines der Halbleiterschalter T1, T4 oder eines Ansteuerschaltkreises Schaltvorgänge nicht stattfinden, wird zum Teil von nominellen Schaltzeitpunkten und nominellen Schaltvorgängen gesprochen, um darauf hinzuweisen, dass sich die Angabe auf den vorgesehenen Schaltzeitpunkt oder vorgesehenen Schaltvorgang bezieht. Im Zweifel ist immer der nominelle Schaltzeitpunkt und der nominelle Schaltvorgang gemeint, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht etwas anderes ergibt. Wenn die Ansteuerung und die H-Brückenschaltung intakt sind, korreliert mit jedem nominellen Schaltzeitpunkt ein realer Schaltzeitpunkt und mit jedem nominellen Schaltvorgang auch ein realer Schaltvorgang.The invention is based on the idea that the current flowing in the excitation winding of the separately excited synchronous machine is measured several times during a control cycle, the duration of which corresponds to the period of the control signals for the semiconductor switches of the half-controlled H-bridge circuit. Due to the use of phase-shifted control signals, there are four switching operations in a control cycle: switching the first of the semiconductor switches T1 on , switching the first of the semiconductor switches T1 off, switching the other semiconductor switch T4 on , and switching the other semiconductor switch T4 off . Since the semiconductor switches of the half-controlled H-bridge are equivalent and no hierarchical order exists, they are referred to below as one of the semiconductor switches and the other of the semiconductor switches. Switching on is regarded here as bringing about the conductive state. Switching off is regarded as bringing about an interrupted or open and thus non-conductive state. The current in the excitation winding increases when both semiconductor switches T1, T4 are in the conductive state. If one of the two semiconductor switches T1, T4 is open and the other of the two semiconductor switches T1, T4 is closed, the current in the excitation coil decreases. A control cycle therefore has four switching points in time and correlated switching processes which occur in chronological sequence, for example in the following order and with the following events: switching on of one semiconductor switch T1 on , switching off of another semiconductor switch T4 off , switching on of another semiconductor switch T4 on , switching off of one of the semiconductor switches T1 off . The H-bridge circuit states of the time periods in between can be associated with the switching states of the semiconductor switches or the switching processes which bring about the switching states and result in: T1 off to T1 on ; T1 on to T4 off ; T4 off to T4 on ; and T4 on to T1 off . For the sake of completeness, it should be noted that with center-centered pulse width modulation (PWM), the first (last) time period T4 on to T1 off continues beyond the control cycle boundaries from the previous/into the next control cycle. Regardless of this fact, with edge-related or center-centered pulse width modulation of the control signals, there are always four consecutive time periods with alternating current changes in the excitation current. Current increase and current decrease alternate in time sequence when both semiconductor switches T1 and T4 switch correctly. The existence of this fact is checked by measuring the excitation current several times and monitoring the sign changes of the current changes. Since switching operations do not take place if one of the semiconductor switches T1, T4 or a control circuit is defective, nominal switching times and nominal switching operations are sometimes referred to in order to to point out that the information refers to the intended switching time or intended switching process. In case of doubt, the nominal switching time and the nominal switching process are always meant, unless the context indicates otherwise. If the control and the H-bridge circuit are intact, a real switching time correlates with every nominal switching time and a real switching process correlates with every nominal switching process.

Insbesondere wird ein Verfahren zum Erkennen eines einzelnen dauerhaft leitenden defekten Halbleiterschalters der Halbleiterschalter einer halbgesteuerten H-Brücke zum Stellen eines Erregerstroms einer fremderregten Synchronmaschine geschaffen, wobei die halbgesteuerte H-Brückenschaltung einen Brückenzweig mit einem der Halbleiterschalter T1 und einer in Reihe in Sperrrichtung geschalteten Diode D3 und einen weiteren Brückenzweig umfassend eine weitere Diode D2 in Sperrrichtung in Reihe mit einem weiteren der Halbleiterschalter T4 sowie einen Lastzweig umfassend eine Erregerwicklung der fremderregten Synchronmaschine umfasst, wobei der Lastzweig einen Verbindungspunkt von dem einen der Halbleiterschalter T1 und der Diode D3 in dem einen Brückenzweig und mit einem weiteren Verbindungpunkt zwischen der weiteren Diode D2 und dem weiteren der Halbleiterschalter T4 im weiteren Brückenzweig verbindet,
und wobei in dem Lastzweig eine Strommesseinrichtung zum Messen des aktuellen Erregerstroms angeordnet ist; wobei die halbgesteuerte H-Brückenschaltung mit einer Steuereinrichtung gekoppelt ist, die eine Erregerstromregelung umfasst, welche zwei gleichfrequente, um eine halbe Periode phasenversetzte pulsweitenmodulierte Steuersignale zum Ansteuern des einen der Halbleiterschalter und des weiteren der Halbleiterschalter erzeugt, sodass der durch den Lastzweig fließende Erregerstrom über die Pulsweitenmodulation der Steuersignale gemäß einer Anforderung oder eines Anforderungssignals (die alternativ als Führungsgröße dienen) regelbar ist, wobei ein Tastverhältnis im Normalbetrieb auf einen Bereich von 50% bis 100% eingeschränkt ist, wobei das Tastverhältnis ein Verhältnis der zeitlichen Pulsbreite des Signalpegels, der den angesteuerten Halbleiterschalter in einen leitenden Zustand versetzt, zur Periode des Steuersignals angibt, und wobei der Lastzweig eine Strommesseinrichtung umfasst, um den Erregerstrom Iexc zu messen, der von der Erregerstromregelung als Rückkopplungssignal (Regelgröße) verwendet wird, wobei ausgewertet wird, ob eine Stromänderung des Erregerstroms ihr Vorzeichen zeitlich korreliert mit jedem der nominellen Schaltzeitpunkte eines der Halbleiterschalter ändert, und wenn dieses nicht der Fall ist, ein Fehlersignal ausgeben wird, welches einen Defekt eines der Halbleiterschalter angibt, wobei ein nomineller Schaltzeitpunkt ein Schaltzeitpunkt ist, an dem einer der beiden Halbleiterschalter bei einer intakten halbgesteuerten H-Brückenschaltung seinen Schaltzustand ändert.
In particular, a method is provided for detecting a single permanently conductive defective semiconductor switch of the semiconductor switches of a half-controlled H-bridge for setting an excitation current of an externally excited synchronous machine, wherein the half-controlled H-bridge circuit comprises a bridge branch with one of the semiconductor switches T1 and a diode D3 connected in series in the reverse direction and a further bridge branch comprising a further diode D2 in the reverse direction in series with another of the semiconductor switches T4 and a load branch comprising an excitation winding of the externally excited synchronous machine, wherein the load branch connects a connection point of the one of the semiconductor switches T1 and the diode D3 in one bridge branch and with a further connection point between the further diode D2 and the further of the semiconductor switches T4 in the further bridge branch,
and wherein a current measuring device for measuring the current excitation current is arranged in the load branch; wherein the half-controlled H-bridge circuit is coupled to a control device which comprises an excitation current control which generates two pulse-width-modulated control signals of equal frequency and phase-shifted by half a period for controlling one of the semiconductor switches and the other of the semiconductor switches, so that the excitation current flowing through the load branch can be controlled via the pulse-width modulation of the control signals in accordance with a request or a request signal (which alternatively serve as a reference variable), wherein a duty cycle in normal operation is limited to a range of 50% to 100%, wherein the duty cycle indicates a ratio of the temporal pulse width of the signal level which puts the controlled semiconductor switch into a conductive state to the period of the control signal, and wherein the load branch comprises a current measuring device to measure the excitation current I exc , which is used by the excitation current control as a feedback signal (controlled variable), wherein it is evaluated whether a current change in the excitation current has lost its sign temporally correlated with each of the nominal switching times of one of the semiconductor switches, and if this is not the case, an error signal is output which indicates a defect in one of the semiconductor switches, wherein a nominal switching time is a switching time at which one of the two semiconductor switches changes its switching state in an intact half-controlled H-bridge circuit.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird zeitlich korreliert mit den, vorzugsweise zu den, nominellen Schaltzeitpunkten eines jeden Steuerzyklus jeweils ein Erregerstrommesswert erfasst und die Stromänderung des Erregerstroms als eine Differenz aus den in den Steuerzyklen unmittelbar aufeinanderfolgend, korreliert mit den nominellen Steuerzyklusschaltzeitpunkten eines der Halbeiterschalter erfassten Erregerstrommesswerten ermittelt und ausgewertet, ob die sich so ergebenden Differenzen der Erregerstrommesswerte abwechselnd positiv und negativ sind, und falls dieses nicht der Fall ist, wird das Fehlersignal ausgegeben.In a preferred embodiment, an excitation current measurement value is recorded in time correlated with the, preferably at the, nominal switching times of each control cycle and the current change of the excitation current is determined as a difference between the excitation current measurement values recorded in the control cycles immediately following one another, correlated with the nominal control cycle switching times of one of the semiconductor switches and evaluated to determine whether the resulting differences in the excitation current measurement values are alternately positive and negative, and if this is not the case, the error signal is output.

Es wird somit bei einer Ausführungsform ausgewertet, ob die so ermittelten Differenzen abwechselnd ihr Vorzeichen ändern und, falls dieses nicht der Fall ist, ein Fehlersignal ausgegeben.In one embodiment, it is thus evaluated whether the differences determined in this way alternately change their sign and, if this is not the case, an error signal is output.

Beispielsweise wird eine Differenz zwischen dem Erregerstrommesswert zu einem unmittelbar vorangehenden Schaltzeitpunkt eines der Halbleiterschalter und dem Erregerstrommesswert zu dem aktuellen nominellen Schaltzeitpunkt eines der Halbleiterschalter ermittelt. Die so in zeitlicher Abfolge ermittelten Stromänderungen wechseln bei einer intakten Schaltung fortlaufend jeweils ihr Vorzeichen.For example, a difference is determined between the excitation current measured value at an immediately preceding switching time of one of the semiconductor switches and the excitation current measured value at the current nominal switching time of one of the semiconductor switches. The current changes determined in this chronological sequence continuously change their sign in an intact circuit.

In der Praxis ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, die Stromänderung immer exakt zu bestimmen. Abhängig insbesondere von der Traktionsnetzspannung, die abhängig vom Ladezustand der Batterie ist, abhängig von der differentiellen Induktivität der Erregerwicklung, abhängig von der Frequenz der Steuersignale für die Halbleiterschalter, abhängig von dem gestellten Tastverhältnis der Steuersignale und abhängig von einer Signalqualität in einer Messkette aus Messeinrichtung zur Stromerfassung und Analog-Digital-Umsetzer (ADC), kann die Stromänderung im Bereich der Auflösung des Analog-Digital-Umsetzers liegen. Da die Schaltzeitpunkte z.B. zeitlich zum Teil dicht beieinander liegen, sind die Stromänderungen betragsmäßig zum Teil nur klein, das heißt, die Erregerstrommesswerte sind zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten nur geringfügig unterschiedlich. Liegt die Differenz im Bereich der Auflösung eines Analog-Digital-Umsetzers (ADC), so kann es sein, dass die in der zeitlichen Reihenfolge ermittelten Differenzen des Erregerstroms nicht jeweils ihr Vorzeichen ändern, obwohl die halbgesteuerte H-Brückenschaltung korrekt funktioniert. Die Auswertung kann dann verbessert werden, indem eine Mittelung vorgenommen wird. Bei einer Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass eine Mittelung vorgenommen wird. Wird beispielsweise eine Mittelung über 1024 Messwerte vorgenommen, verbessert das die Auflösung des Analog-Digital-Umsetzers um fünf Bit.In practice, however, it is difficult to always determine the current change exactly. Depending in particular on the traction network voltage, which depends on the charge level of the battery, on the differential inductance of the excitation winding, on the frequency of the control signals for the semiconductor switches, on the set duty cycle of the control signals and on the signal quality in a measuring chain consisting of a measuring device for current detection and an analog-digital converter (ADC), the current change can be within the range of the resolution of the analog-digital converter. Since the switching times are sometimes close together in time, the current changes are sometimes only small in terms of magnitude, i.e. the excitation current measured values are only slightly different at successive points in time. If the difference is within the range of the resolution of an analog-digital converter (ADC), it is possible that the differences in the excitation current determined in the chronological order do not change their sign, even though the half-controlled H-bridge circuit is functioning correctly. The evaluation can then be improved by averaging. In one embodiment, it is therefore provided that an averaging is carried out. If For example, if an average is taken over 1024 measured values, this improves the resolution of the analog-to-digital converter by five bits.

Es ist bei einer Variante möglich, dass die zwischen aufeinanderfolgenden nominellen Schaltzeitpunkten ermittelten Differenzen, die einander in den zeitlich nacheinander ausgeführten Steuerzyklen entsprechen, über mehrere Steuerzyklen gemittelt werden. Dieses bedeutet, dass eine Stromänderung, die zwischen zwei gleichen nominellen Schaltvorgängen in zeitlich nacheinander ausgeführten Schaltzyklen auftritt, durch eine Mittelung der ermittelten Differenzen abgeleitet wird, die aus den Strommesswerten bestimmt sind, die mit den Schaltvorgängen korreliert sind, die den Zeitbereich der entsprechenden Erregerstromänderung in den Schaltzyklen begrenzen. Es werden somit bei einer Variante, die zu denselben nominellen Schaltvorgängen gehörenden Erregerstrommesswertdifferenzen gemittelt.In one variant, it is possible for the differences determined between successive nominal switching times that correspond to one another in the control cycles carried out one after the other to be averaged over several control cycles. This means that a current change that occurs between two identical nominal switching operations in switching cycles carried out one after the other is derived by averaging the differences determined from the current measurements that are correlated with the switching operations that limit the time range of the corresponding excitation current change in the switching cycles. In one variant, the excitation current measurement value differences belonging to the same nominal switching operations are thus averaged.

Eine andere Variante sieht vor, dass die Erregerstrommesswerte, die korreliert mit, insbesondere zu, einander in verschiedenen Steuerzyklen entsprechenden nominellen Schaltzeitpunkten erfasst sind, gemittelt werden und die Differenzen anhand dieser gemittelten Erregerstrommesswerte ermittelt werden.Another variant provides that the excitation current measured values, which are recorded correlated with, in particular at, nominal switching times corresponding to one another in different control cycles, are averaged and the differences are determined on the basis of these averaged excitation current measured values.

Vorzugsweise wird bei beiden Varianten eine gleitende Mittelung über eine vorgegebene Anzahl von Steuerzyklen vorgenommen.Preferably, in both variants, a moving average is carried out over a predetermined number of control cycles.

Alternativ zu einer der Mittelungen oder zusätzlich kann ein Fehlersignal erst erzeugt werden, wenn eine Mindestanzahl von Vorzeichenwechseln zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden Stromänderungen in einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Steuerzyklen ausgeblieben sind, d.h. weniger Vorzeichenwechsel aufgetreten sind, als erwartet. Dieses ist gleichbedeutend damit, dass die Anzahl der Vorzeichenwechsel zwischen ermittelten Stromänderungen zu aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten innerhalb einer Zeitspanne oder einer vorgegebenen Zahl von Steuerzyklen einen Schwellenwert unterschreitet.As an alternative to one of the averaging methods or in addition, an error signal can only be generated if a minimum number of sign changes between successive current changes in a number of successive control cycles have not occurred, i.e. fewer sign changes have occurred than expected. This is equivalent to the number of sign changes between determined current changes at successive time periods within a time period or a specified number of control cycles falling below a threshold value.

Bei einer Weiterbildung wird derjenige der Halbleiterschalter als defekt identifiziert, nach dessen mindestens einem nominellen Schaltzeitpunkt im Steuerzyklus keine Änderung des Vorzeichens der Stromänderung auftritt. Dieses ist gleichbedeutend, dass nach einem nominellen Schaltvorgang eines der Halbleiterschalter kein Wechsel des Vorzeichens der Stromänderung eintritt.In a further development, the semiconductor switch is identified as defective if no change in the sign of the current change occurs after at least one nominal switching time in the control cycle. This is equivalent to the fact that no change in the sign of the current change occurs after a nominal switching operation of one of the semiconductor switches.

Vorzugsweise wird somit korreliert mit jedem der nominellen Schaltvorgänge, vorzugsweise zeitgleich oder alternativ kurz danach oder alternativ kurz davor, ein Erregerstrommesswert erfasst. Zwischen den erfassten Erregerstrommesswerten von Schaltvorgängen, die in den Schaltzyklen aufeinanderfolgend auftreten, werden Differenzen des Erregerstroms ermittelt, und es wird ausgewertet, ob die zeitlich aufeinanderfolgenden Differenzen Ihre Vorzeichen alternierend wechseln. Die Differenzen sind den Schaltvorgängen über die Erregerstrommesswerte zugeordnet oder zuordenbar. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird beispielsweise eine Differenz immer dem Schaltvorgang zugeordnet, dessen hiermit korrelierter Erregerstrommesswert (oder dessen Mittelwert) den Minuend der Differenzberechnung darstellt. Wobei die Differenz sich aus dem Minuenden minus dem Subtrahenden ergibt. Hierbei findet ohne Beschränkung der Allgemeinheit die Differenzbildung immer in der Weise statt, dass der zeitlich zuletzt gemessene Erregerstrommesswert den Minuenden bildet und der zeitlich zuvor erfasste Erregerstrommesswert den Subtrahenden bildet. Bei dieser Konvention ist eine Erregerstromdifferenz positiv, wenn der Erregerstrom zwischen den zwei Messzeitpunkten und Schaltvorgängen steigt.Preferably, an excitation current measurement value is recorded in correlation with each of the nominal switching operations, preferably at the same time or alternatively shortly afterwards or alternatively shortly before. Differences in the excitation current are determined between the recorded excitation current measurement values of switching operations that occur consecutively in the switching cycles, and it is evaluated whether the successive differences alternate in sign. The differences are assigned or can be assigned to the switching operations via the excitation current measurement values. Without loss of generality, for example, a difference is always assigned to the switching operation whose correlated excitation current measurement value (or its mean value) represents the minuend of the difference calculation. The difference results from the minuend minus the subtrahend. Without loss of generality, the difference is always formed in such a way that the excitation current measurement value measured last in time forms the minuend and the excitation current measurement value recorded previously forms the subtrahend. According to this convention, an excitation current difference is positive if the excitation current increases between the two measurement times and switching operations.

Für eine Verbesserung der Auflösung des Analog-Digital-Umsetzers zu erreichen, der die Erregerstrommesswerte in digitale Signale wandelt, werden die denselben nominellen Schaltvorgängen zugeordneten Erregerstrommesswerte gemittelt oder alternativ die denselben nominellen Schaltvorgängen zugeordneten Erregerstrommesswertedifferenzen gemittelt. Diese Mittelung erfolgt vorzugsweise gleitend. Im Falle, dass der Vorzeichenwechsel nicht oder nicht mehr auftritt, wird ein Fehlersignal ausgegeben.In order to improve the resolution of the analog-digital converter that converts the excitation current measurements into digital signals, the excitation current measurements assigned to the same nominal switching operations are averaged or, alternatively, the excitation current measurement differences assigned to the same nominal switching operations are averaged. This averaging is preferably carried out in a sliding manner. If the sign change does not occur or no longer occurs, an error signal is output.

Sind die Erregerstrommesswertedifferenzen jeweils dem Schaltvorgang zugeordnet, dessen Erregerstrommesswert den Minuend bildet, und tritt zwischen zwei aufeinander folgend ermittelten Erregerstrommesswertedifferenzen kein Vorzeichenwechsel auf, so ist der Halbleiterschalter defekt, dem die zeitlich früher auftretende Stromänderung bzw. diese Stromänderung angebende Erregerstrommesswertedifferenz zugeordnet ist. Ist beispielsweise der eine der Halbleiterschalter T1 dauerhaft leitend defekt und der weitere der Halbleiterschalter T4 intakt, so findet zwischen der Stromänderung, die zwischen den nominellen Schaltzeitpunkten oder nominellen Schaltvorgängen des Einschaltens des weiterem der Halbleiterschalter T4ein und dem Ausschalten des einen der Halbleiterschalter T1aus liegt, und die mit ΔIexc_T1_aus bezeichnet wird und gegeben ist durch ΔIexc_T1_aus = Iexc_T1_aus - Iexc_T4_ein, und der nachfolgenden Stromänderung, die mit ΔIexc_T1_ein = Iexc_T1_ein - Iexc_T1_aus bezeichnet ist, kein Vorzeichenwechsel statt. Auch zu der darauffolgenden Stromänderung ΔIexc_T4_aus = Iexc_T4_aus - Iexc_T1_ein tritt kein Vorzeichenwechsel auf. Somit kann der Defekt jeweils dem Halbleiterschalter zugeordnet werden, dem die Erregerstromdifferenz zugeordnet ist, zu der nachfolgend kein Vorzeichenwechsel auftritt. Die Erregerstromdifferenz ist gemäß dieser Betrachtung dem Halbleiterschalter zugeordnet, dessen Schaltvorgang zeitgleich oder zeitlich eng korreliert mit dem Erfassen des Erregerstrommesswerts erfolgt, der den Minuenden der Erregerstromdifferenz bildet.If the excitation current measurement value differences are each assigned to the switching process whose excitation current measurement value forms the minuend, and if no sign change occurs between two consecutively determined excitation current measurement value differences, the semiconductor switch to which the current change occurring earlier in time or the excitation current measurement value difference indicating this current change is assigned is defective. If, for example, one of the semiconductor switches T1 is permanently conductively defective and the other semiconductor switch T4 is intact, there is no change in sign between the current change that lies between the nominal switching times or nominal switching operations of switching the other semiconductor switch T4 on and switching the one of the semiconductor switches T1 off , which is designated by ΔI exc_T1_off and is given by ΔI exc_T1_off = I exc_T1_off - I exc_T4_on , and the subsequent current change, which is designated by ΔI exc_T1_on = I exc_T1_on - I exc_T1_off . There is also no change in sign for the subsequent current change ΔI exc_T4_off = I exc_T4_off - I exc_T1_on The defect can therefore be assigned to the semiconductor switch to which the excitation current difference is assigned, for which no sign change subsequently occurs. According to this view, the excitation current difference is assigned to the semiconductor switch whose switching process takes place at the same time or closely correlated in time with the recording of the excitation current measurement value, which forms the minuend of the excitation current difference.

Ordnet man die Erregerstromänderungen oder die diese approximierenden Erregerstrommesswertedifferenzen den Halbleiterschaltern zu, deren Schaltvorgang der Erregerstrommesswert zugeordnet ist, der den Subtrahenden darstellt, so ist der Halbleiterschalter defekt, dem die Erregerstrommesswertdifferenz zu geordnet ist, die zur zeitlich vorangehenden Erregerstrommesswertdifferenz keinen Vorzeichenwechsel aufweist.If the excitation current changes or the excitation current measured value differences approximating them are assigned to the semiconductor switches whose switching process is assigned to the excitation current measured value that represents the subtrahend, then the semiconductor switch to which the excitation current measured value difference is assigned that does not show a change in sign with respect to the excitation current measured value difference preceding it in time is defective.

Eine alternative Möglichkeit, das Ausbleiben von Vorzeichenwechseln zu erfassen, besteht darin, die Frequenz oder Änderungsfrequenz des Erregerstromsignals zu bestimmen. Sind die Halbleiterschalter intakt, so beträgt die Änderungsfrequenz das Doppelte der Schaltfrequenz der Steuersignale. Außer bei einem symmetrischen dreieckigen Stromverlauf treten auch die höheren Harmonischen der Grundfrequenz, mit der sich das Erregerstromsignal ändert, auf. Im intakten Zustand ist die Grundfrequenz die doppelte Schaltfrequenz der Steuersignale. Tritt abrupt die Schaltfrequenz als Änderungsfrequenz im Spektrum auf, so liegt ein Defekt eines der Halbleiterschalter vor, bei dem dieser defekte Halbleiterschalter dauerhaft leitend ist. Angemerkt sei, dass in der Regel auch bei einem Defekt Anteile des Erregerstromsignals die doppelte Schaltfrequenz aufweisen. Eine Ausführungsform sieht daher vor, dass zum Feststellen, ob die Stromänderung des Erregerstroms ihr Vorzeichen zeitlich korreliert mit jedem der nominellen Schaltzeitpunkte eines der Halbleiterschalter (210, 340) ändert, eine Frequenz der Erregerstromänderung überwacht wird und geprüft wird, und das Fehlersignal ausgegeben wird, wenn die Erregerstromänderungsfrequenz der Frequenz der Steuersignale entspricht oder diese im Frequenzspektrum des Erregerstroms auftritt.An alternative way of detecting the lack of sign changes is to determine the frequency or change frequency of the excitation current signal. If the semiconductor switches are intact, the change frequency is twice the switching frequency of the control signals. Except in the case of a symmetrical triangular current curve, the higher harmonics of the fundamental frequency at which the excitation current signal changes also occur. In an intact state, the fundamental frequency is twice the switching frequency of the control signals. If the switching frequency appears abruptly as a change frequency in the spectrum, there is a defect in one of the semiconductor switches, in which case this defective semiconductor switch is permanently conductive. It should be noted that, even in the case of a defect, parts of the excitation current signal usually have twice the switching frequency. One embodiment therefore provides that, in order to determine whether the current change of the excitation current changes its sign in a time-correlated manner with each of the nominal switching times of one of the semiconductor switches (210, 340), a frequency of the excitation current change is monitored and checked, and the error signal is output if the excitation current change frequency corresponds to the frequency of the control signals or if this occurs in the frequency spectrum of the excitation current.

Auch hierbei können die gemittelten Erregerstrommesswerte, vorzugsweise die gleitend gemittelten Erregerstrommesswerte genutzt werden, um die Erregerstromänderungsfrequenz zu ermitteln.Here too, the averaged excitation current measured values, preferably the moving average excitation current measured values, can be used to determine the excitation current change frequency.

Alternativ kann aber auch eine kontinuierliche Erfassung des Erregerstroms in zeitgleichen Schritten mit einer Abtastfrequenz, die mindestens das Vierfache, bevorzugt mindestens das 10-fache noch bevorzugter mindestens das 50-fache der Schaltfrequenz der Steuersignale beträgt, erfolgen.Alternatively, however, the excitation current can also be continuously recorded in simultaneous steps with a sampling frequency that is at least four times, preferably at least 10 times, more preferably at least 50 times the switching frequency of the control signals.

Um die Änderungsfrequenz des Erregerstromsignals ermitteln zu können kann eine Transformationsanalyse, beispielsweise in Form einer Fast-Fourier-Transformation ausgeführt werden. Aus dem Ergebnis können die entsprechenden Frequenzkomponenten auf einfache Weise ermittelt und überwacht werden. Diese Auswertung ist sehr robust. Störende hochfrequente und niederfrequente Störungen des Erregerstromsignals beeinflussen das Auswertungsergebnis kaum.In order to determine the change frequency of the excitation current signal, a transformation analysis can be carried out, for example in the form of a fast Fourier transformation. The corresponding frequency components can be easily determined and monitored from the result. This evaluation is very robust. Disturbing high-frequency and low-frequency interference in the excitation current signal hardly affects the evaluation result.

Die Änderungsfrequenz kann auch auf andere Weise, beispielsweise mit Bandpassfiltern, die gemeinsam mit Schwellenwertdetektoren für das gefilterte Signal eingesetzt werden, überwacht werden.The frequency of change can also be monitored in other ways, for example by using bandpass filters together with threshold detectors for the filtered signal.

Die in zeitlicher Reihenfolge erfassten Erregerstrommesswerte oder in zeitlicher Folge ermittelten gemittelten Erregerstrommesswerte ergeben ein Erregerstromsignal.The excitation current measured values recorded in chronological order or the averaged excitation current measured values determined in chronological sequence result in an excitation current signal.

Eine Identifizierung des defekten der Halbleiterschalter kann über eine Auswertung einer Phasenlage des Erregerstromsignals im Verhältnis zu den Steuersignalen der Halbleiterschalter erfolgen. Im Fehlerfall, in dem die Frequenz der Erregerstromänderung der Frequenz der Steuersignale gleicht, ist das Erregerstromsignal in Phase mit dem Steuersignal des Halbleiterschalters, der nicht defekt ist. Zu dem Steuersignal des defekten Halbleiterschalters besteht ein Phasenversatz. Eine Ausführungsform vergleicht daher die Phasenlage des Erregerstromsignals relativ zur Phasenlage der Steuersignale der Halbleiterschalter, wobei derjenige der Halbleiterschalter als defekt identifiziert wird, zu dessen Steuersignal ein Phasenversatz des Erregerstromsignals erkannt wird.The defective semiconductor switch can be identified by evaluating the phase position of the excitation current signal in relation to the control signals of the semiconductor switches. In the event of a fault in which the frequency of the excitation current change is equal to the frequency of the control signals, the excitation current signal is in phase with the control signal of the semiconductor switch that is not defective. There is a phase offset with the control signal of the defective semiconductor switch. One embodiment therefore compares the phase position of the excitation current signal relative to the phase position of the control signals of the semiconductor switches, with the semiconductor switch being identified as defective if a phase offset of the excitation current signal is detected for its control signal.

Die Erfindung kann in Programmcode umgesetzt sein, welcher auf einem Prozessor ausgeführt wird und im Zusammenwirken mit der halbgesteuerten H-Brückenschaltung, deren Erregerstrommesseinrichtung und der Steuereinrichtung zum Ansteuern und der halbgesteuerten H-Brückenschaltung eine Defekterkennung nach dem oben beschrieben Verfahren ausführt. Hierbei können die nominellen Schaltzeitpunkte getrennt von einer Erregerstromregelung, die die Steuersignale für die Halbleiterschalter erzeugt, errechnet werden. Alternativ oder zusätzlich, können Signale der Erregerstromregelung, beispielsweise die pulsweitenmodulierten Steuersignale für eine Synchronisierung der Erfassung der Erregerstrommesswerte genutzt werden. Wird die Auswertung anhand der Frequenzen des Erregerstromsignals vorgenommen, werden die Erregerstrommesswerte fortlaufend in kurzen Zeitabständen als Erregerstromsignal erfasst.The invention can be implemented in program code which is executed on a processor and, in conjunction with the half-controlled H-bridge circuit, its excitation current measuring device and the control device for controlling it and the half-controlled H-bridge circuit, carries out defect detection according to the method described above. The nominal switching times can be calculated separately from an excitation current control which generates the control signals for the semiconductor switches. Alternatively or additionally, signals from the excitation current control, for example the pulse-width modulated control signals, can be used to synchronize the recording of the excitation current measured values. If the evaluation is carried out based on the frequencies of the excitation current signal, the excitation current measured values are continuously recorded at short time intervals as an excitation current signal.

Eine Ausgabe des Fehlersignals kann über eine Ausgabeeinheit, beispielsweise eine Kontrollleuchte oder als elektrisches oder elektronisches Signal erfolgen, das beispielsweise von anderen Steuergeräten des Kraftfahrzeugs verarbeitet wird, in dem die fremderregte Synchronmaschine genutzt wird.The error signal can be output via an output unit, for example an indicator lamp, or as an electrical or electronic signal, which is processed, for example, by other control units of the motor vehicle in which the separately excited synchronous machine is used.

Vorgeschlagen wird ferner eine Steuervorrichtung mit einer Detektionseinrichtung zum Erkennen eines einzelnen dauerhaft leitenden, defekten Halbleiterschalters der Halbleiterschalter einer halbgesteuerten H-Brücke zum Stellen eines Erregerstroms einer fremderregten Synchronmaschine, wobei die halbgesteuerte H-Brücke
einen Brückenzweig mit einem der Halbleiterschalter T1 und einer in Reihe in Sperrrichtung geschalteten Diode D3 und
einen weiteren Brückenzweig umfassend eine weitere Diode D2 in Sperrrichtung in Reihe mit einem weiteren der Halbleiterschalter T4 sowie
einen Lastzweig umfassend eine Erregerwicklung der fremderregten Synchronmaschine umfasst, wobei der Lastzweig einen Verbindungspunkt von dem einen der Halbleiterschalter T1 und der Diode D3 in dem einen Brückenzweig und mit einem weiteren Verbindungpunkt zwischen der weiteren Diode D2 und dem weiteren der Halbleiterschalter T4 im weiteren Brückenzweig verbindet,
und wobei in dem Lastzweig eine Strommesseinrichtung zum Messen des aktuellen Erregerstroms angeordnet ist;
wobei die Steuereinrichtung eine Erregerstromregelung umfasst, welche ausgebildet ist, zwei gleichfrequente, um eine halbe Periode phasenversetzte pulsweitenmodulierte Steuersignale zum Ansteuern des einen der Halbleiterschalters T1 und des weiteren der Halbleiterschalters T4 zu erzeugen, sodass der durch den Lastzweig fließende Erregerstrom über die Pulsweitenmodulation der Steuersignale gemäß einer Anforderung regelbar ist, wobei ein Tastverhältnis im Normalbetrieb auf einen Bereich von 50% bis 100% eingeschränkt ist, wobei das Tastverhältnis ein Verhältnis einer zeitlichen Pulsbreite des Signalpegels, der den entsprechend angesteuerten der Halbleiterschalter in einen leitenden Zustand versetzt, zur Periode des Steuersignals angibt, und wobei der Lastzweig eine Strommesseinrichtung umfasst, um den Erregerstrom zu messen, der von der Erregerstromregelung als Rückkopplungssignal verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung ausgebildet ist, Erregerstrommesswerte der Strommesseinrichtung zu erfassen, und die erfassten Erregerstrommesswerte, in der oben angegebenen Weise auszuwerten, um ein Ausbleiben eines Vorzeichenwechsels zwischen aufeinanderfolgenden Stromänderungen zwischen den verschiedenen Schaltvorgängen zu erfassen und ein Fehlersignal auszugeben, wenn ein solches Ausbleiben erwarteter Vorzeichenwechsel erkannt ist.
Furthermore, a control device is proposed with a detection device for detecting a single permanently conductive, defective semiconductor switch of the semiconductor switches of a half-controlled H-bridge for setting an excitation current of an externally excited synchronous machine, wherein the half-controlled H-bridge
a bridge branch with one of the semiconductor switches T1 and a diode D3 connected in series in reverse direction and
a further bridge branch comprising a further diode D2 in reverse direction in series with another of the semiconductor switches T4 and
a load branch comprising an excitation winding of the separately excited synchronous machine, wherein the load branch connects a connection point of one of the semiconductor switches T1 and the diode D3 in the one bridge branch and with a further connection point between the further diode D2 and the further semiconductor switch T4 in the further bridge branch,
and wherein a current measuring device for measuring the current excitation current is arranged in the load branch;
wherein the control device comprises an excitation current control which is designed to generate two pulse-width-modulated control signals of equal frequency, phase-shifted by half a period, for controlling one of the semiconductor switches T1 and the other of the semiconductor switches T4, so that the excitation current flowing through the load branch can be controlled via the pulse-width modulation of the control signals according to a requirement, wherein a duty cycle in normal operation is limited to a range of 50% to 100%, wherein the duty cycle indicates a ratio of a temporal pulse width of the signal level which puts the correspondingly controlled semiconductor switch into a conductive state to the period of the control signal, and wherein the load branch comprises a current measuring device to measure the excitation current which is used by the excitation current control as a feedback signal,
characterized in that the detection device is designed to detect excitation current measured values of the current measuring device and to evaluate the detected excitation current measured values in the manner specified above in order to detect a lack of a sign change between successive current changes between the various switching operations and to output an error signal when such a lack of expected sign change is detected.

Die Detektionseinrichtung umfasst hierfür vorzugsweise einen Prozessor, auf dem Programmcode ausführbar ist, der im Zusammenwirken mit der oben beschriebenen Vorrichtung das Detektionsverfahren ausführt.For this purpose, the detection device preferably comprises a processor on which program code can be executed, which executes the detection method in cooperation with the device described above.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert: hierbei zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer halbgesteuerten H-Brücke zum Erzeugen eines Erregerstroms;
  • 2 unterschiedliche Graphen, aufgetragen gegen die Zeit in Einheiten der Zeit pro Pulsweitenperiode, wobei die Ansteuersignale für die Halbleiterschalter, eine über der Erregerspule abfallende Spannung, eine Variation des Erregerstroms sowie der durch die gesamte Schaltung fließende Gesamtstrom jeweils grafisch dargestellt sind;
  • 3 vergleichbare Graphen zu denen der 2 für den Fall, dass einer der Halbleiterschalter dauerhaft leitend defekt ist;
  • 4 unterschiedliche Graphen, die die Steuersignale und die Erregerstromsignale für einen intakten H-Brückenschaltungszustand und eine defekte H-Brückenschaltung sowie transformierte Frequenzspektren der Erregerstromsignale schematisch zeigen;
  • 5 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer fremderregten Synchronmaschine, die mittels einer halbgesteuerten H-Brücke über ein Steuergerät angesteuert wird, welches eine Detektionseinrichtung zum Erkennen eines dauerhaft leitend defekten Halbleiterschalters aufweist; und
  • 6 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Erkennen eines dauerhaft leitend defekten Halbleiterschalters.
The invention is explained in more detail below with reference to a drawing:
  • 1 a schematic representation of a half-controlled H-bridge for generating an excitation current;
  • 2 different graphs plotted against time in units of time per pulse width period, wherein the control signals for the semiconductor switches, a voltage drop across the excitation coil, a variation of the excitation current and the total current flowing through the entire circuit are each graphically shown;
  • 3 comparable graphs to those of the 2 in the event that one of the semiconductor switches is permanently conductively defective;
  • 4 different graphs schematically showing the control signals and the excitation current signals for an intact H-bridge circuit state and a defective H-bridge circuit as well as transformed frequency spectra of the excitation current signals;
  • 5 a schematic view of a motor vehicle with a separately excited synchronous machine, which is controlled by means of a semi-controlled H-bridge via a control unit, which has a detection device for detecting a permanently conductive defective semiconductor switch; and
  • 6 a schematic representation of a flow chart of a method for detecting a permanently conductive defective semiconductor switch.

In 3 sind analog zu der oben bereits beschriebenen 2 die Signalverläufe und ermittelten bzw. sich ergebenen Messgrößen für den Betriebsfall einer halbgesteuerten H-Brücke dargestellt, bei der einer der Halbleiterschalter, ohne Beschränkung der Allgemeinheit der eine der-Halbleiterschalter 210, T1 gemäß 1, dauerhaft leitend defekt ist. Im Graphen 820 ist der Pegel 822 des Steuersignals 821 für den weiteren der Halbleiterschalter 340, T4 gegen die Zeit 801 in Periodenlängen des pulsweitenmodulierten Steuersignals aufgetragen. Bei einem intakten Halbleiterschalter kann der Graph auch als Zustandsgraph für den weiteren der Halbleiterschalter 340, T4 aufgefasst werden. Beim Pegel 0 ist der Halbleiterschalter 340, T4 geöffnet, d.h. nicht leitend, und entsprechend beim Pegel 1 leitend und geschlossen. Der Graph 810 zeigt entsprechend das Steuersignal 811 für den einen der Halbleiterschalter 210, T1, welches gestrichelt dargestellt ist. Aufgetragen ist der Pegel 812 gegen die Zeit 801. Als durchgezogene Linie ist der Schaltzustand 813 des einen der Halbleiterschalter 210, T1 dargestellt. Dieser ist dauerhaft leitend, was dem Pegel 1 entspricht. Der dritte Graph 830 zeigt die über der Erregerspule 460 abfallende Spannung Uexc 831 an. Da der eine der Halbleiterschalter 210, T1 dauerhaft leitend ist und ein minimales Tastverhältnis von 50 % für das Steuersignal 811 des weiteren der Halbleiter 340, T4 vorgegeben ist, liegt die Versorgungsspannung UDC für mindestens die Hälfte der Zeit an der Erregerwicklung 460 an.In 3 are analogous to the one described above 2 the signal curves and determined or resulting measured values for the operating case of a half-controlled H-bridge are shown, in which one of the semiconductor switches, without restriction of generality the one of the semiconductor switches 210, T1 according to 1 , is permanently conductively defective. In the graph 820, the level 822 of the control signal 821 for the other semiconductor switch 340, T4 is plotted against time 801 in period lengths of the pulse width modulated control signal. In the case of an intact semiconductor switch, the graph can also be used as a state graph for the other the semiconductor switch 340, T4. At level 0, the semiconductor switch 340, T4 is open, ie not conductive, and correspondingly conductive and closed at level 1. The graph 810 shows the control signal 811 for one of the semiconductor switches 210, T1, which is shown in dashed lines. The level 812 is plotted against time 801. The switching state 813 of one of the semiconductor switches 210, T1 is shown as a solid line. This is permanently conductive, which corresponds to level 1. The third graph 830 shows the voltage U exc 831 dropping across the excitation coil 460. Since one of the semiconductor switches 210, T1 is permanently conductive and a minimum duty cycle of 50% is specified for the control signal 811 of the semiconductor 340, T4, the supply voltage U DC is applied to the excitation winding 460 for at least half the time.

Dies bewirkt, dass in der Erregerwicklung 460 ein Mindesterregerstrom Iexc_min fließt. Der vierte Graph 840 zeigt die Amplitudenschwankung des Erregerstroms Iexc 841. Eine Frequenz dieser Stromänderung ist halbiert gegenüber dem intakten Betriebszustand. Der fünfte Graph 850 stellt den Gesamtstromfluss IDC 851 dar.This causes a minimum excitation current I exc_min to flow in the excitation winding 460. The fourth graph 840 shows the amplitude fluctuation of the excitation current I exc 841. A frequency of this current change is halved compared to the intact operating state. The fifth graph 850 shows the total current flow I DC 851.

In 2 und 3 sind die nominellen Schaltzeitpunkte und nominellen Schaltvorgänge über die Einträge „T1ein“, „T4aus“, „T4ein“, „T1aus“ eingezeichnet. Die zwischen diesen Zeitpunkten auftretenden Erregerstromänderungen ΔIexc_Tx_yyy (mit x = 1 oder x = 4 und yyy = ein oder yyy = aus) sind hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils dem Schaltvorgang zugeordnet, mit dem das Erfassen des Erregerstrommesswerts zeitlich korreliert ist, dem zeitgleich der Erregerstrommesswert erfasst wird, der den Minuenden bei der Errechnung der Erregerstrommesswertdifferenz ist. Die Stromänderung ΔIexc_T4_aus in dem Zeitintervall zwischen dem nominellen Schaltzeitpunt T1ein des nominellen Schaltvorgangs T1ein Einschalten des einen der Halbleiterschalter 210 T1 und dem nominellen Schaltzeitpunt T4aus des nominellen Schaltvorgangs T4aus Ausschalten des anderen der Halbleiterschalter 340 T4 wird hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit dem nominellen Schaltvorgang T4aus zugeordnet, mit dem die Messung und das Erfassen des Erregerstrommesswertes Iexc_T4_aus zeitlich korreliert ist, der der Minuend der Erregerstrommesswertedifferenz-Berechnung ist: ΔIexc_T4_aus = Iexc_T4_aus - Iexc_T1_ein. Schaltzeitpunkte und die zeitlich hiermit korrelierten Schaltvorgänge werden jeweils gleich bezeichnet, wobei die Bezeichnung den Halbleiterschalter angibt und dessen nominellen Zustand nach dem Schaltvorgang, d.h. den Soll-Zustand. T1ein bedeutet, dass der eine Halbleiterschalter T1 in den eingeschalteten (leitenden) zustand geschaltet wird.In 2 and 3 the nominal switching times and nominal switching processes are shown using the entries "T1 on ", "T4 off ", "T4 on ", "T1 off ". The excitation current changes ΔI exc_Tx_yyy (with x = 1 or x = 4 and yyy = on or yyy = off) occurring between these times are assigned here, without loss of generality, to the switching process with which the recording of the excitation current measured value is temporally correlated, at the same time as the excitation current measured value is recorded, which is the minuend when calculating the excitation current measured value difference. The current change ΔI exc_T4_off in the time interval between the nominal switching time point T1 on of the nominal switching process T1 on switching on one of the semiconductor switches 210 T1 and the nominal switching time point T4 off of the nominal switching process T4 off switching off the other of the semiconductor switches 340 T4 is assigned here, without loss of generality, to the nominal switching process T4 off , with which the measurement and recording of the excitation current measured value I exc_T4_off is temporally correlated, which is the minuend of the excitation current measured value difference calculation: ΔI exc_T4_off = I exc_T4_off - I exc_T1_on . Switching times and the switching processes temporally correlated with them are each referred to in the same way, whereby the designation indicates the semiconductor switch and its nominal state after the switching process, i.e. the target state. T1 on means that the semiconductor switch T1 is switched to the on (conductive) state.

In zeitlicher Abfolge treten somit die Erregerstrommesswertedifferenz ΔIexc_T4_aus, ΔIexc_T4_ein, ΔIexc_T1_aus, ΔIexc_T1_ein iterierend auf. Über einen durch ein Komma getrennten Index „,n", wobei n einen Zählindex für die Schaltzyklen darstellt, können die Schaltzeitpunkte Schaltzyklen zugeordnet werden, die mit den Perioden der Steuersignale korrelieren.The excitation current measurement value difference ΔI exc_T4_off , ΔI exc_T4_on , ΔI exc_T1_off , ΔI exc_T1_on thus occur iteratively in chronological order. Using an index " n " separated by a comma, where n represents a counting index for the switching cycles, the switching times can be assigned to switching cycles that correlate with the periods of the control signals.

Um eine zuverlässigere und robustere Aussage treffen zu können, wird beispielsweise eine Mittelung der einander jeweils entsprechen Erregerstrommesswertedifferenzen ΔIexc_T4_aus,n, ΔIexc_T4_ein,n, ΔIexc_T1_aus,n, ΔIexc_T1_ein,n über eine Anzahl N von Steuerzyklen, die mit einer Natürlichen Zahl n= 1, 2, ... ,N durchnummeriert sind, vorgenommen. Die gemittelte Erregerstrommesswertedifferenz, beispielsweise ΔI exc_T4_ein , ergibt sich durch Summation der Erregerstrommesswertedifferenzen, die dem Schaltvorgang T4ein zugeordnet sind, und Division durch die Anzahl N der Summanden, beispielsweise gilt für die dem Schaltzeitpunkt T4ein zugeordnete gemittelte Erregerstrommesswertedifferenz: Δ I e x c ¯ _ T 4 _ e i n = 1 N n = 1 N Δ I e x c _ T 4 _ e i n , n .

Figure DE102023205557A1_0001
In order to be able to make a more reliable and robust statement, for example, an average of the corresponding excitation current measured value differences ΔI exc_T4_out,n , ΔI exc_T4_in,n , ΔI exc_T1_out,n , ΔI exc_T1_in,n is carried out over a number N of control cycles, which are numbered with a natural number n = 1, 2, ... , N. The averaged excitation current measured value difference, for example ΔI exc_T4_ein , is obtained by summing the excitation current measured value differences assigned to the switching process T4 on and dividing by the number N of summands, for example, the following applies to the average excitation current measured value difference assigned to the switching time T4 on: Δ I e x c ¯ _ T 4 _ e i n = 1 N n = 1 N Δ I e x c _ T 4 _ e i n , n .
Figure DE102023205557A1_0001

Äquivalent können die einander entsprechenden Erregerstrommesswerte Iexc_Tx_yyy,n gemittelt werden, Δ I e x c ¯ _ T x _ y y y = 1 N n = 1 N Δ I e x c _ T x _ y y y , n

Figure DE102023205557A1_0002
und die entsprechenden Erregerstrommesswertedifferenzen ΔI exc_Tx_yyy aus den gemittelten Erregerstrommesswerten bestimmt werden ΔI exc_Tx_yyy = I exc_Tx_yyy- I exc_Tx_www, z. B. ΔI exc_T4_ein =I exc_T4_ein -I exc_T4_aus.Equivalently, the corresponding excitation current measurements I exc_Tx_yyy,n can be averaged, Δ I e x c ¯ _ T x _ y y y = 1 N n = 1 N Δ I e x c _ T x _ y y y , n
Figure DE102023205557A1_0002
and the corresponding excitation current measurement differences ΔI exc _Tx_yyy can be determined from the averaged excitation current measurements ΔI exc _Tx_yyy = I exc _Tx_yyy - I exc _Tx_www , e.g. ΔI exc _T4_ein =I exc _T4_ein -I exc _T4_out .

Dieses wird vorzugsweise gleitend gemacht, so dass jeweils aus der Mittelwertbildung der zeitlich am weitesten zurückliegend erfasste und berücksichtigte Wert durch den zuletzt gemessenen entsprechenden Wert ersetzt wird. Zur Mittelung werden somit beispielsweise immer die Werte der letzten k Steuerzyklen oder alternativ die in einer vorgegebenen zurückliegenden Zeitspanne erfassten Erregerstrommesswerte ausgewertet. Werden die Erregerstrommesswertedifferenzen gemittelt, so werden entsprechend die für die vorausgegangen k Steuerzyklen ermittelten Erregerstrommesswertedifferenzen gemittelt oder die in einer vorgegebenen zurückliegenden Zeitspanne ermittelten Erregerstrommesswertedifferenzen.This is preferably done on a sliding basis, so that the value recorded and taken into account furthest back in time is replaced by the corresponding value measured most recently. For averaging, the values of the last k control cycles or, alternatively, the excitation current measured values recorded in a given previous period of time are always evaluated. If the excitation current measured value differences are averaged, the excitation current measured value differences determined for the previous k control cycles are averaged accordingly, or the excitation current measured value differences determined in a given previous period of time.

In 4 sind der Graph 640 des erfassten Erregerstromsignals 641 für eine intakte halbgesteuerte H-Brückenschaltung 100, der Graph 920 von dessen fouriertransformierten Spektrum 921, der Graph des erfassten Erregerstromsignals 841 für eine defekte halbgesteuerte H-Brückenschaltung 100, und der Graph 940 von dessen fouriertransformierten Spektrum 941 sowie die beiden Graphen 610, 620 der (nominellen) Steuersignale 611 und 621 untereinander dargestellt. Der erste Graph 640 gleicht dem gleichbezeichneten aus 2 der dritte Graph 840 gleicht dem gleichbezeichneten aus 3. Anhand der fouriertransformierten Spektren 921 und 941 ist gut zu erkennen, dass sich die Frequenz von Hauptkomponenten 923, 943, mit der sich der Erregerstrom ändert, halbiert, wenn der eine Halbleiterschalter in den dauerhaft leitenden defekten Zustand übergeht. Im Gegensatz zu dem fouriertransformierten Spektrum 921 der intakten Halbleiterschaltung, bei dem eine Grundfrequenz 922 der Hauptkomponente 923 erkennbar ist, die dem Doppelten der Schaltfrequenz 2fPWM der Steuersignale 611, 612 entspricht, tritt in dem fouriertransformierten Spektrum 941 der defekten Halbleiterschaltung als Grundfrequenz 942 die Schaltfrequenz fPWM der Steuersignale 611, 612 der Halbleiterschalter 210, 340 hinzu, bei der die Hauptkomponente 943 erkennbar ist. Der Frequenzanteil bei der doppelten Schaltfrequenz 2fPWM der Steuersignale 611, 612 ist deutlich reduziert, ist beispielsweise von der Intensität halbiert. Es sei angemerkt, dass die fouriertransformierten Spektren 921, 941 stark vereinfacht sind. Die Frequenzanteile bei höheren Harmonischen der Schaltfrequenz fPWM der Steuersignale 611, 612 sind in den Graphen 920 und 940 beispielsweise aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt.In 4 are the graph 640 of the detected excitation current signal 641 for an intact half-controlled H-bridge circuit 100, the graph 920 of its Fourier-transformed spectrum 921, the graph of the detected excitation current signal 841 for a defective half-controlled H-bridge circuit 100, and the graph 940 of its Fourier-transformed spectrum 941 as well as the two graphs 610, 620 of the (nominal) control signals 611 and 621 are shown below each other. The first graph 640 is equal to the one with the same name 2 the third graph 840 is equal to the one with the same name 3 . Based on the Fourier-transformed spectra 921 and 941, it is clearly visible that the frequency of main components 923, 943, with which the excitation current changes, is halved when one semiconductor switch goes into the permanently conductive defective state. In contrast to the Fourier-transformed spectrum 921 of the intact semiconductor circuit, in which a fundamental frequency 922 of the main component 923 can be identified, which corresponds to twice the switching frequency 2f PWM of the control signals 611, 612, in the Fourier-transformed spectrum 941 of the defective semiconductor circuit, the switching frequency f PWM of the control signals 611, 612 of the semiconductor switches 210, 340 is added as the fundamental frequency 942, at which the main component 943 can be identified. The frequency component at double the switching frequency 2f PWM of the control signals 611, 612 is significantly reduced, for example, its intensity is halved. It should be noted that the Fourier-transformed spectra 921, 941 are greatly simplified. The frequency components at higher harmonics of the switching frequency f PWM of the control signals 611, 612 are not shown in the graphs 920 and 940, for example for reasons of simplification.

Es können auch andere Transformationen, insbesondere diskrete Transformationen verwendet werden, die Funktionen nutzen, die besser an die annähernd dreieckige Form des Erregerstromsignals angepasst sind, um eine optimale Frequenzanalyse auszuführen, die die Hauptfrequenz des Erregerstromsignals zuverlässig liefert.Other transforms, in particular discrete transforms, which utilize functions better adapted to the approximately triangular shape of the excitation current signal, may also be used to perform an optimal frequency analysis that reliably provides the main frequency of the excitation current signal.

Aus dem Vergleich der Phasenlage des Erregerstromsignals 841 zum defekten Zustand der halbgesteuerten H-Brückenschaltung 100 mit den Phasenlagen der Steuersignale 811 und 821, ist zu erkennen, dass die Phasenlage 845 des Erregerstromsignals 841 mit der Phasenlage 625 des Steuersignals 621 des einen weiteren der Halbleiterschalter T4 340 übereinstimmt. Zu dem Steuersignal 611 des einen der Halbleiterschalter T1 210 besteht ein Versatz der Phasenlage 615. Somit ist der weitere der Halbleiterschalter T1 210 dauerhaft leitend defekt. Die Phasenlagen 845, 615, 625 sind beispielsweise jeweils durch die Maxima/Minima der Signale der entsprechenden periodischen Signalverläufe gegeben.From the comparison of the phase position of the excitation current signal 841 for the defective state of the half-controlled H-bridge circuit 100 with the phase positions of the control signals 811 and 821, it can be seen that the phase position 845 of the excitation current signal 841 matches the phase position 625 of the control signal 621 of another of the semiconductor switches T4 340. There is an offset in the phase position 615 compared to the control signal 611 of one of the semiconductor switches T1 210. The other of the semiconductor switches T1 210 is therefore permanently conductively defective. The phase positions 845, 615, 625 are given, for example, by the maxima/minima of the signals of the corresponding periodic signal curves.

In 5 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt. Dieses weist als Antriebsmaschine eine fremderregte Synchronmaschine 10 auf. Ein Erregerstrom für die in der Regel im Rotor angeordnete Erregerwicklung wird über eine halbgesteuerte H-Brückenschaltung 100 bereitgestellt, die über eine Steuereinrichtung 1200 angesteuert wird. Die elektrische Energie stammt aus einer Traktionsbatterie 50, die u.a. mit der H-Brückenschaltung 100 verbunden ist. Die Traktionsbatterie 50 weist einen Pluspol 51 und einen Minuspol 52 auf. Die Steuereinrichtung 1200 erfasst ein Anforderungssignal 21 eines Fahrers beispielsweise über ein Fahrpedal 20. Die Steuereinrichtung 1200 umfasst eine Detektionseinrichtung 1240, welche ausgebildet ist, einen einzelnen defekten Halbleiterschalter in der halbgesteuerten H-Brückenschaltung 100 zu detektieren und ein Fehlersignal 31 auszugeben. Dieses kann beispielsweise über eine Kontrolllampe in einem Kombiinstrument oder einer beliebigen anderen Anzeigeeinrichtung 30 im Fahrzeug ausgegeben werden. Das Fehlersignal 31 kann auch als elektrisches Signal oder Funksignal ausgegeben werden, um in dem Steuergerät 1200 oder anderen Steuergeräten (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs 1 weiter verarbeitet zu werden.In 5 a motor vehicle 1 is shown schematically. This has an externally excited synchronous machine 10 as the drive machine. An excitation current for the excitation winding, which is usually arranged in the rotor, is provided via a semi-controlled H-bridge circuit 100, which is controlled via a control device 1200. The electrical energy comes from a traction battery 50, which is connected to the H-bridge circuit 100, among other things. The traction battery 50 has a positive pole 51 and a negative pole 52. The control device 1200 detects a request signal 21 from a driver, for example via an accelerator pedal 20. The control device 1200 comprises a detection device 1240, which is designed to detect an individual defective semiconductor switch in the semi-controlled H-bridge circuit 100 and to output an error signal 31. This can be output, for example, via a control lamp in an instrument cluster or any other display device 30 in the vehicle. The error signal 31 can also be output as an electrical signal or radio signal in order to be further processed in the control unit 1200 or other control units (not shown) of the motor vehicle 1.

Gleiche technische Merkmale sind mit den identischen Bezugszeichen versehen wie in den übrigen Figuren und sind hier nicht erneut ausführlich erläutert. Insbesondere die H-Brückenschaltung 100 gleicht der in 1 dargestellten H-Brückenschaltung 100.The same technical features are provided with the same reference numerals as in the other figures and are not explained in detail here again. In particular, the H-bridge circuit 100 is similar to the one in 1 shown H-bridge circuit 100.

Die Steuereinrichtung 1200 umfasst eine Erregerstromregelung 1220. Diese weist eine Reglereinheit 1221 auf, welche anhand des erfassten Anforderungssignals 21 ein Sollstromsignal Iexc, soll ausgibt. Eine Signalerzeugungseinrichtung 1222 der Erregerstromregelung 1220 erzeugt hierzu passend die Steuersignale StST1 und StST4. Dieses sind die pulsweitenmodulierten Steuersignale 611, 621, welche um eine halbe Pulsweitenperiode gegeneinander phasenversetzt sind. Diese steuern die Halbleiterschalter T1, 210 und T4, 340. Die beiden Halbleiterschalter 210, 340 sind beispielsweise als IGBTs ausgebildet. Ausgehend von der Versorgungsspannung UDC fällt an der Erregerwicklung eine mittlere Spannung U exc = UDC (2DC-1) ab. DC ist hierbei das Tastverhältnis. Der sich ergebende mittlere Erregerstrom I e x c ¯ = U e x c ¯ R e x c = U D C ( 2 D C 1 ) R e x c .

Figure DE102023205557A1_0003
Hierbei gibt Rexc den ohmschen Widerstand des Lastzweigs bzw. der Erregerwicklung 460 an. Über den von der Strommesseinrichtung 480 gemessenen Erregerstrom Iexc, der als Regelgröße von der Steuereinrichtung 1200 und deren Erregerstromregelung 1220 erfasst wird, kann der Erregerstrom Iexc gemäß dem Anforderungssignal 21 bzw. der Anforderung entsprechend geregelt werden.The control device 1200 comprises an excitation current control 1220. This has a controller unit 1221, which outputs a target current signal I exc, target based on the detected request signal 21. A signal generation device 1222 of the excitation current control 1220 generates the control signals StS T1 and StS T4 to match this. These are the pulse width modulated control signals 611, 621, which are phase-shifted by half a pulse width period. These control the semiconductor switches T1, 210 and T4, 340. The two semiconductor switches 210, 340 are designed as IGBTs, for example. Starting from the supply voltage U DC, an average voltage U exc = U DC (2DC-1). DC is the duty cycle. The resulting average excitation current I e x c ¯ = U e x c ¯ R e x c = U D C ( 2 D C 1 ) R e x c .
Figure DE102023205557A1_0003
Here, R exc indicates the ohmic resistance of the load branch or the excitation winding 460. The excitation current I exc can be regulated according to the request signal 21 or the request via the excitation current I exc measured by the current measuring device 480, which is recorded as a controlled variable by the control device 1200 and its excitation current control 1220.

Die Detektionseinheit 1240 wird im Folgenden gemeinsam mit dem in 6 dargestellten schematischen Flussdiagramm eines Verfahrens zum Detektieren eines dauerhaft leitend defekten Halbleiterschalters in der halbgesteuerten H-Brücke 100 genauer beschrieben. Die Detektionseinrichtung erfasst in zeitlicher Folge gemessene Ist-Werte Iexc der Strommesseinrichtung 480 2020, die als Erregerstrommesswerte bezeichnet werden. Wie sich aus den Graphen 640, 840 der 2 und 3 ergibt, ändert sich der Erregerstrom Iexc fortwährend.The detection unit 1240 is described below together with the 6 A method for detecting a permanently conductive defective semiconductor switch in the half-controlled H-bridge 100 is described in more detail in the schematic flow diagram shown in FIG. records actual values I exc measured in chronological order by the current measuring device 480 2020, which are referred to as excitation current measured values. As can be seen from the graphs 640, 840 of the 2 and 3 The excitation current I exc changes continuously.

Die Detektionseinrichtung ist ausgebildet, anhand der erfassten Erregerstrommesswerte Iexc Vorzeichenwechsel der Erregerstromänderung zu ermitteln. Anhand der erfassten Erregerstrommesswerte wird bei einer Ausführungsform somit das Vorzeichen der Erregerstromänderung iterativ ermittelt.The detection device is designed to determine the change in sign of the excitation current change based on the recorded excitation current measured values I exc . In one embodiment, the sign of the excitation current change is thus determined iteratively based on the recorded excitation current measured values.

Hierfür werden beispielsweise die in zeitlicher Folge erfassten Erregerstrommesswerte verglichen. Ist der nachfolgend gemessene Erregerstrommesswert kleiner als der zuvor gemessenen Erregerstrommesswert, so ist das Vorzeichen negativ, andernfalls positiv.For this purpose, for example, the excitation current measured values recorded in chronological order are compared. If the excitation current measured subsequently is smaller than the excitation current measured previously, the sign is negative, otherwise it is positive.

Alternativ oder zusätzlich kann das Vorzeichen aus einer Differenzbildung der nacheinander erfassten Erregerstrommesswerte abgeleitet werden. Das Vorzeichen der Erregerstromänderung entspricht dem Vorzeichen der ermittelten Differenz, wenn der zeitlich früher erfasste Erregerstrommesswert als Subtrahend und der nachfolgend erfasste Erregerstrommesswert als Minuend verwendet werden.Alternatively or additionally, the sign can be derived from a difference between the excitation current measured values recorded one after the other. The sign of the excitation current change corresponds to the sign of the difference determined if the excitation current measured value recorded earlier in time is used as the subtrahend and the excitation current measured value recorded subsequently is used as the minuend.

Da in einem Schaltzyklus die Erregerstromänderung ihr Vorzeichen bei einer intakten H-Brückenschaltung 100 bei jedem Schaltvorgang ändert, ist es vorteilhaft, dass das Erfassen der Erregerstrommesswerte zeitlich korreliert mit den nominellen Schaltvorgängen, d.h. zeitlich korreliert mit den nominellen Schaltzeitpunkten, der Steuerzyklen erfolgt.Since in a switching cycle the excitation current change changes its sign with each switching operation in an intact H-bridge circuit 100, it is advantageous that the excitation current measurement values are recorded in a time-correlated manner with the nominal switching operations, i.e. in a time-correlated manner with the nominal switching times of the control cycles.

Hierfür kann vorgesehen sein, dass die Detektionseinrichtung Synchronisationsinformationen empfängt oder selbst erzeugt 2010. Als Synchronisationsinformationen kann die Detektionseinrichtung beispielsweise die Steuersignale für die beiden Halbleiterschalter empfangen. Alternativ kann die Detektionseinheit 1240 das Anforderungssignal 21 ähnlich wie die Erregerstromregelung 1220 erfassen und selbst hieraus unter Berücksichtigung der erfassten Erregerstrommesswerte die nominellen Schaltzeitpunkte ableiten.For this purpose, it can be provided that the detection device receives synchronization information or generates it itself 2010. The detection device can receive the control signals for the two semiconductor switches as synchronization information, for example. Alternatively, the detection unit 1240 can detect the request signal 21 in a similar way to the excitation current control 1220 and derive the nominal switching times from this, taking into account the detected excitation current measured values.

Bevorzugt werden die Erregerstrommesswerte zeitlich korreliert, vorzugsweise unmittelbar am Schaltzeitpunkt oder kurz vor oder kurz nach den nominellen Schaltzeitpunkten erfasst und für die Ableitung des Vorzeichens der Erregerstromänderung herangezogen. Kurz vor oder kurz nach dem nominellen Schaltzeitpunkt bedeuten, dass ein zeitlicher Abstand der Messung zum nominellen Schaltzeitpunkt kleiner als ein Hundertstel vorzugsweise ein Tausendstel der Periodenlänge der pulsweitenmodulierten Steuersignale ist. Besonders bevorzugt wird zeitgleich mit den nominellen Schaltvorgängen gemessen.Preferably, the excitation current measurement values are correlated in time, preferably recorded immediately at the switching time or shortly before or shortly after the nominal switching times and used to derive the sign of the excitation current change. Shortly before or shortly after the nominal switching time means that the time interval between the measurement and the nominal switching time is less than one hundredth, preferably one thousandth, of the period length of the pulse-width-modulated control signals. Particularly preferably, measurements are taken at the same time as the nominal switching processes.

Die Detektionseinheit prüft dann 2050, ob zeitlich korreliert mit den nominellen Schaltvorgängen, d. h., zeitlich korreliert mit den nominellen Schaltzeitpunkten, ein Wechsel des Vorzeichens der Erregerstromänderung festgestellt wird. Ist dieses der Fall werden die bisher beschriebenen Verfahrensschritte iterativ ausgeführt.The detection unit then checks 2050 whether a change in the sign of the excitation current change is detected in a time-correlated manner with the nominal switching operations, i.e., in a time-correlated manner with the nominal switching times. If this is the case, the process steps described so far are carried out iteratively.

Ändert sich das Vorzeichen nicht, so wird ein Fehlersignal ausgegeben 2070.If the sign does not change, an error signal is output 2070.

Sind die Zeitabstände zwischen den Schaltvorgängen kurz, so sind auch die Änderungen des Erregerstroms klein. Daher ist es bei eine bevorzugten Ausführungsform vorteilhaft, eine Mittelung 2030 bei der Ermittlung des Vorzeichens der Erregerstromänderung vorzunehmen.If the time intervals between the switching operations are short, the changes in the excitation current are also small. Therefore, in a preferred embodiment, it is advantageous to carry out an averaging 2030 when determining the sign of the excitation current change.

Hierbei können die erfassten Erregerstrommesswerte, die jeweils zu demselben Schaltvorgang, d. h. jeweils zu einem der Schaltvorgänge T1ein, T4aus, T4ein und T1aus, gehören, zeitlich über eine vorgegebene Anzahl von Schaltzyklen, beispielsweise 100 Schaltzyklen, gemittelt werden und die gemittelten Erregerstrommesswerte zur Ableitung des Vorzeichens der Erregerstromänderung herangezogen werden. Alternativ können die Erregerstrommesswertedifferenzen, die die Erregerstromänderung approximieren, gemittelt werden, wobei wieder die Erregerstrommesswertedifferenzen gemittelt werden, die zwischen denselben nominellen Schaltvorgängen in den Schaltzyklen auftreten.In this case, the recorded excitation current measured values, each of which belongs to the same switching operation, i.e. to one of the switching operations T1 on , T4 off , T4 on and T1 off , can be averaged over a predetermined number of switching cycles, for example 100 switching cycles, and the averaged excitation current measured values can be used to derive the sign of the excitation current change. Alternatively, the excitation current measured value differences that approximate the excitation current change can be averaged, whereby the excitation current measured value differences that occur between the same nominal switching operations in the switching cycles are again averaged.

Alternativ ist es auch möglich eine Mittelung der Vorzeichen vorzunehmen, die aus nicht gemittelten Erregerstrommesswerten ermittelt sind. Hierbei werden die Vorzeichen der einander in Schaltzyklen entsprechenden Stromänderungen beispielsweise gemittelt, in dem einem positiven Vorzeichen der Wert „+1“ und einem negativen Vorzeichen der Wert „-1“ zugeordnet wird. Diese Werte werden summiert. Das Vorzeichen der Summe wird als gemitteltes Vorzeichen verwendet. Um eine ungewisse Aussage mit dem Wert „0“ zu vermeiden, kann die Mittelung über eine ungerade Anzahl von Vorzeichen ausgeführt werden.Alternatively, it is also possible to average the signs that are determined from non-averaged excitation current measurements. In this case, the signs of the current changes that correspond to one another in switching cycles are averaged, for example, by assigning the value "+1" to a positive sign and the value "-1" to a negative sign. These values are summed. The sign of the sum is used as the averaged sign. In order to avoid an uncertain statement with the value "0", the averaging can be carried out over an odd number of signs.

Bevorzugt wird jeweils eine gleitende Mittelung über eine zurückliegende Anzahl von Steuerzyklen vorgenommen. Alternativ kann auch eine Zeitspanne festgelegt werden.Preferably, a moving average is taken over a previous number of control cycles. Alternatively, a time period can also be specified.

Alternativ oder zusätzlich zu der Mittelung 2030 kann auch vorgesehen sein, dass das Erzeugen des Fehlersignals nur erfolgt, wenn innerhalb einer Zeitspanne oder eine weiteren Anzahl von Steuerzyklen ein Anzahl von ausbleibenden erwarteten Vorzeichenwechseln einen Schwellenwert überschreitet 2060. Ansonsten wird das Verfahren iterativ neu begonnen.Alternatively or in addition to the averaging 2030, it can also be provided that the error signal is only generated if within a period of time or a further number of control cycles a number of missing expected sign changes exceeds a threshold value 2060. Otherwise, the procedure is restarted iteratively.

Wenn ein Fehlersignal erzeugt wird, ermittelt eine Ausführungsform den dauerhaft leitenden, defekten Halbleiterschalter 2080. Dieses ist derjenige der Halbleiterschalter, nach dessen nominellen Schaltvorgang kein Vorzeichenwechsel festgestellt wird.When a fault signal is generated, an embodiment identifies the continuously conducting defective semiconductor switch 2080. This is the semiconductor switch after whose nominal switching operation no sign change is detected.

Das den defekten Halbleiterschalter identifizierende Signal wird ebenfalls ausgegeben 2090. Es kann beispielsweise zur Diagnose der halbgesteuerten H-Brückenschaltung genutzt werden.The signal identifying the defective semiconductor switch is also output 2090. It can be used, for example, to diagnose the half-controlled H-bridge circuit.

Im gezeigten Beispiel wird festgestellt, dass nach den nominellen Schaltvorgängen T1ein und T1aus keine Änderung des Vorzeichens der Stromänderung eintritt. Die Vorzeichen der Erregerstromänderungen bzw. der Erregerstromdifferenzen ΔIexc_T1_aus = Iexc_T1_aus - Iexc_T4_ein, ΔIexc_T1_ein = Iexc_T1_ein - Iexc_T1_aus und ΔIexc_T4_aus = Iexc_T4_aus - Iexc_T1_ein sind alle positiv. Nach den nominellen Schaltvorgängen des weiteren der Halbleiterschalter T4 340 tritt jeweils ein Vorzeichenwechsel auf. Dieser weitere der Halbleiterschalter T4 340 ist folglich intakt. Somit ist der andere, der eine der Halbleiterschalter T1 210 defekt.In the example shown, it is determined that after the nominal switching operations T1 on and T1 off, no change in the sign of the current change occurs. The signs of the excitation current changes or the excitation current differences ΔI exc_T1_off = I exc_T1_off - I exc_T4_on , ΔI exc_T1_on = I exc_T1_on - I exc_T1_off and ΔI exc_T4_off = I exc_T4_off - I exc_T1_on are all positive. After the nominal switching operations of the other semiconductor switch T4 340, a change in sign occurs in each case. This other semiconductor switch T4 340 is therefore intact. The other one of the semiconductor switches T1 210 is therefore defective.

Alternativ zur individuellen Bestimmung des Vorzeichen 2041 der Erregerstromänderung für einzelne Zeitabschnitte kann eine Ermittlung der Vorzeichenwechsel über ein Bestimmen einer Änderungsfrequenz bzw. einer Hauptfrequenz der Änderung des Erregerstroms erfolgen 2045. Hierfür kann beispielsweise einer Frequenzanalyse mittels eines Transformationsverfahrens, beispielsweise einer Fast-Fourier-Transformation oder einem ähnlichen diskreten Transformationsverfahren erfolgen 2046.As an alternative to the individual determination of the sign 2041 of the excitation current change for individual time periods, the sign change can be determined by determining a change frequency or a main frequency of the change in the excitation current 2045. For this purpose, for example, a frequency analysis can be carried out using a transformation method, for example a fast Fourier transformation or a similar discrete transformation method 2046.

Die Frequenz kann aber auch auf andere Weise, beispielsweise über den Einsatz von Filtern ermittelt werden. Werden ein Bandpassfilter mit einer Durchlassfrequenz im Bereich eines doppelten der Frequenz der Steuersignale und ein weiterer Bandpassfilter mit einer Durchlassfrequenz im Bereich der Frequenz der Steuersignale genutzt, um das erfasste Erregerstrommesssignal zu filtern, so kann anhand der Verhältnisse der Signalstärken der durch die beiden Filter durchgelassenen Signale ermittelt werden, ob die Erregerstromänderung mit der doppelten Frequenz der Steuersignale oder der Frequenz der Steuersignale stattfindet.However, the frequency can also be determined in other ways, for example by using filters. If a bandpass filter with a pass frequency in the range of twice the frequency of the control signals and another bandpass filter with a pass frequency in the range of the frequency of the control signals are used to filter the recorded excitation current measurement signal, it can be determined from the ratios of the signal strengths of the signals passed through the two filters whether the excitation current change occurs at twice the frequency of the control signals or the frequency of the control signals.

Das Prüfen, ob die Vorzeichenwechsel korreliert mit den Schaltvorgängen der Halbleiterschalter der halbgesteuerten H-Brückenschaltung 100 erfolgt, 2050, kann erfolgt, indem die ermittelte Frequenz mit der Frequenz der Steuersignale verglichen wird 2055. Ist die Hauptfrequenzkomponente etwa doppelt so groß wie die Frequenz der Steuersignale, sind die Vorzeichenwechsel korreliert mit den Schaltvorgängen. Für jeden Schaltvorgang findet eine Vorzeichenänderung statt. Ist die ermittelte Frequenz oder Hauptfrequenzkomponente gleich der Frequenz der Steuersignale, so ist einer der Halbleiterschalter dauerhaft leitend defekt.Checking whether the sign changes correlate with the switching operations of the semiconductor switches of the half-controlled H-bridge circuit 100, 2050, can be done by comparing the determined frequency with the frequency of the control signals 2055. If the main frequency component is approximately twice as large as the frequency of the control signals, the sign changes are correlated with the switching operations. A sign change takes place for each switching operation. If the determined frequency or main frequency component is equal to the frequency of the control signals, one of the semiconductor switches is permanently conductively defective.

Eine Ermittlung welcher der Halbleiterschalter defekt ist, kann anhand einer Ermittlung einer Phasenlage des Erregerstromsignals relativ zu einem der Steuersignale erfolgen 2085. Defekt ist derjenige der Halbleiterschalter, zu dessen Steuersignal ein Phasenversatz existiert. Es versteht sich für den Fachmann, dass hier jeweils die nominellen Steuersignale gemeint sind. Den Ausfall eines Steuersignals kann die Detektionseinheit anhand einer Auswertung des jeweiligen Steuersignals feststellen. Verbleibt eines der Steuersignale dauerhaft im Pegel 1, so führt dieses auch zu einem dauerhaft leitenden Halbleiterschalter, defekt ist dann jedoch die Signalerzeugungseinrichtung 1222.A determination of which of the semiconductor switches is defective can be made by determining a phase position of the excitation current signal relative to one of the control signals 2085. The semiconductor switch that is defective is the one whose control signal is out of phase. It will be understood by those skilled in the art that the nominal control signals are meant here. The detection unit can determine the failure of a control signal by evaluating the respective control signal. If one of the control signals remains permanently at level 1, this also leads to a permanently conductive semiconductor switch, but the signal generating device 1222 is then defective.

Sowohl die Erregerstromregelung 1220 als auch die Detektionseinrichtung 1240 sind vorzugsweise mittels eines programmgesteuerten Mikroprozessors 1260 umgesetzt, auf dem Programmcode 1270 ausgeführt wird, der in der Speichereinrichtung 1250 abgelegt ist. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen auch dedizierte Schaltungen aufweisen können, die die Erregerstromregelung und/oder die Detektionseinrichtung umsetzen.Both the excitation current control 1220 and the detection device 1240 are preferably implemented by means of a program-controlled microprocessor 1260 on which program code 1270 is executed, which is stored in the memory device 1250. It is understood that other embodiments may also have dedicated circuits that implement the excitation current control and/or the detection device.

Es versteht sich für den Fachmann, dass hier lediglich eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben ist.It will be understood by those skilled in the art that only an exemplary embodiment is described here.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11
Kraftahrzeugmotor vehicle
1010
fremderregte Synchronmaschineseparately excited synchronous machine
2020
Fahrpedalaccelerator pedal
2121
Fahranforderungssignaldriving request signal
3030
Anzeigeeinrichtungdisplay device
3131
Fehlersignalerror signal
5050
Traktionsbatterietraction battery
5151
positiver Polpositive pole
5252
Minuspolnegative pole
100100
H-BrückenschaltungH-bridge circuit
180180
weitere Strommesseinrichtungadditional current measuring device
190190
Spannungsmesseinrichtungvoltage measuring device
200200
Brückenzweigbridge branch
201201
ein Endean end
202202
gegenüberliegendes Endeopposite end
210, T1210, T1
Halbleiterschaltersemiconductor switches
230, D3230, D3
Diodediode
250250
Verbindungspunktconnection point
300300
weiterer Brückenzweiganother bridge branch
301301
ein Endean end
302302
gegenüberliegendes Endeopposite end
320, D2320, D2
weitere Diodeadditional diode
340, T4340, T4
weiterer Halbleiterschalteradditional semiconductor switch
350350
Verbindungspunktconnection point
400400
Lastzweigload branch
460460
Erregerwicklungexcitation winding
465465
ohmscher Wicklungswiderstandohmic winding resistance
467467
Wicklungsinduktivitätwinding inductance
480480
Strommesseinrichtungcurrent measuring device
500500
Zwischenkreiskondensatorintermediate circuit capacitor
601601
ZeitTime
610610
Graphgraph
611611
Steuersignal (T1)control signal (T 1 )
612612
Pegellevel
615615
Phasenlagephase position
620620
Graphgraph
621621
Steuersignal (T4)control signal (T 4 )
625625
Phasenlagephase position
622622
Pegellevel
630630
Graphgraph
631631
Erregerspannungexcitation voltage
640640
Graphgraph
641641
Erregerstromexcitation current
650650
Graphgraph
651651
Gesamtstromtotal current
801801
ZeitTime
810810
Graphgraph
811811
Steuersignal (T1)control signal (T 1 )
812812
Pegellevel
813813
Schaltzustandswitching state
820820
Graphgraph
821821
Steuersignal (T4)control signal (T 4 )
822822
Pegellevel
830830
Graphgraph
831831
Erregerspannungexcitation voltage
840840
Graphgraph
841841
Erregerstromexcitation current
845845
Phasenlagephase position
846846
Versatzoffset
850850
Graphgraph
851851
Gesamtstromtotal current
920920
Graphgraph
921921
fouriertransformiertes Spektrum des Erregerstromsignals (intakte H-Brückenschaltung)Fourier-transformed spectrum of the excitation current signal (intact H-bridge circuit)
922922
Grundfrequenzfundamental frequency
923923
Hauptkomponentemain component
940940
Graphgraph
941941
fouriertransformiertes Spektrum des Erregerstromsignals (defekte H-Brückenschaltung)Fourier-transformed spectrum of the excitation current signal (defective H-bridge circuit)
942942
Grundfrequenzfundamental frequency
943943
Hauptkomponentemain component
12001200
Steuergerätcontrol unit
12201220
Erregerstromregelungexcitation current control
12211221
Reglereinrichtungcontrol device
12221222
Signalerzeugungseinrichtungsignal generating device
12401240
Detektionseinrichtungdetection device
12501250
Speichermemory
12601260
Mikroprozessormicroprocessor
12701270
Programmcodeprogram code
20002000
Flussdiagramm eines Verfahrens zur Detektion eines defekten HalbleitersFlowchart of a method for detecting a defective semiconductor
2010 - 20902010 - 2090
Verfahrensschritteprocedural steps

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10 2014 102 869 A1 [0014]DE 10 2014 102 869 A1 [0014]
  • EP 3 208 922 A1 [0015]EP 3 208 922 A1 [0015]
  • DE 10 2016 203 355 A1 [0016]DE 10 2016 203 355 A1 [0016]
  • DE 10 2014 018 665 A1 [0017]DE 10 2014 018 665 A1 [0017]

Claims (11)

Verfahren zum Erkennen eines einzelnen dauerhaft leitenden defekten Halbleiterschalters der Halbleiterschalter (210, 340) einer halbgesteuerte H-Brückenschaltung (100) zum Stellen eines Erregerstroms einer fremderregten Synchronmaschine, wobei die halbgesteuerte H-Brückenschaltung (100) einen Brückenzweig (200) mit einem der Halbleiterschalter T1 (210) und einer in Reihe in Sperrrichtung geschalteten Diode D3 (230) und einen weiteren Brückenzweig (300) umfassend eine weitere Diode D2 (320) in Sperrrichtung in Reihe mit einem weiteren der Halbleiterschalter T4 (340) sowie einen Lastzweig (400) umfassend eine Erregerwicklung (460) der fremderregten Synchronmaschine umfasst, wobei der Lastzweig (400) einen Verbindungspunkt 250) von dem einen der Halbleiterschalter T1 (210) und der Diode D3 (230) in dem einen Brückenzweig (200) und mit einem weiteren Verbindungpunkt (350) zwischen der weiteren Diode D2 (320) und dem weiteren der Halbleiterschalter T4 (340) im weiteren Brückenzweig (300) verbindet, und wobei in dem Lastzweig (400) eine Strommesseinrichtung (480) zum Messen des aktuellen Erregerstroms angeordnet ist; wobei die halbgesteuerte H-Brückenschaltung (100) mit einer Steuereinrichtung (1200) gekoppelt ist, die eine Erregerstromregelung (1220) umfasst, welche zwei gleichfrequente, um eine halbe Periode phasenversetzte pulsweitenmodulierte Steuersignale (611, 621) zum Ansteuern des einen der Halbleiterschalter (210) und des weiteren der Halbleiterschalter (340) erzeugt, sodass der durch den Lastzweig (400) fließende Erregerstrom über die Pulsweitenmodulation der Steuersignale (611, 621) gemäß einer Anforderung regelbar ist, wobei ein Tastverhältnis im Normalbetrieb auf einen Bereich von 50% bis 100% eingeschränkt ist, wobei das Tastverhältnis ein Verhältnis der zeitlichen Pulsbreite des Signalpegels, der den angesteuerten Halbleiterschalter in einen leitenden Zustand versetzt, zur Periode des Steuersignals angibt, und wobei der Lastzweig (400) eine Strommesseinrichtung (480) umfasst, um den Erregerstrom zu messen, der von der Erregerstromregelung (1220) als Rückkopplungssignal verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ausgewertet wird, ob eine Stromänderung des Erregerstroms ihr Vorzeichen zeitlich korreliert mit jedem der nominellen Schaltzeitpunkte (T1ein, T4aus, T4ein, T1aus) eines der Halbleiterschalter (210, 340) ändert, und wenn dieses nicht der Fall ist, ein Fehlersignal ausgeben wird, welches einen Defekt eines der Halbleiterschalter (210, 340) angibt, wobei ein nomineller Schaltzeitpunkt (T1ein, T4aus, T4ein, T1aus) ein Schaltzeitpunkt ist, an dem einer der beiden Halbleiterschalter (210, 340) bei einer intakten halbgesteuerten H-Brückenschaltung (100) seinen Schaltzustand ändert.Method for detecting a single permanently conductive defective semiconductor switch of the semiconductor switches (210, 340) of a half-controlled H-bridge circuit (100) for setting an excitation current of an externally excited synchronous machine, wherein the half-controlled H-bridge circuit (100) comprises a bridge branch (200) with one of the semiconductor switches T1 (210) and a diode D3 (230) connected in series in the reverse direction and a further bridge branch (300) comprising a further diode D2 (320) in the reverse direction in series with another of the semiconductor switches T4 (340) and a load branch (400) comprising an excitation winding (460) of the externally excited synchronous machine, wherein the load branch (400) has a connection point (250) from one of the semiconductor switches T1 (210) and the diode D3 (230) in the one bridge branch (200) and with a further connection point (350) between the further diode D2 (320) and the further semiconductor switch T4 (340) in the further bridge branch (300), and wherein a current measuring device (480) for measuring the current excitation current is arranged in the load branch (400); wherein the half-controlled H-bridge circuit (100) is coupled to a control device (1200) which comprises an excitation current control (1220) which generates two pulse-width-modulated control signals (611, 621) of equal frequency and phase-shifted by half a period for controlling one of the semiconductor switches (210) and the other of the semiconductor switches (340), so that the excitation current flowing through the load branch (400) can be controlled via the pulse-width modulation of the control signals (611, 621) according to a requirement, wherein a duty cycle in normal operation is limited to a range of 50% to 100%, wherein the duty cycle indicates a ratio of the temporal pulse width of the signal level which puts the controlled semiconductor switch into a conductive state to the period of the control signal, and wherein the load branch (400) comprises a current measuring device (480) in order to to measure the excitation current which is used by the excitation current control (1220) as a feedback signal, characterized in that it is evaluated whether a current change in the excitation current changes its sign in a time-correlated manner with each of the nominal switching times (T1 on , T4 off , T4 on , T1 off ) of one of the semiconductor switches (210, 340), and if this is not the case, an error signal is output which indicates a defect in one of the semiconductor switches (210, 340), wherein a nominal switching time (T1 on , T4 off , T4 on , T1 off ) is a switching time at which one of the two semiconductor switches (210, 340) changes its switching state in an intact half-controlled H-bridge circuit (100). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich korreliert mit den, vorzugsweise zu den, nominellen Schaltzeitpunkten eines jeden Steuerzyklus jeweils ein Erregerstrommesswert erfasst wird und die Stromänderung des Erregerstroms als eine Differenz aus den in den Steuerzyklen unmittelbar aufeinanderfolgend korreliert mit den nominellen Schaltzeitpunkten der Halbeiterschalter (210, 340) erfassten Erregerstrommesswerten ermittelt wird und ausgewertet wird.procedure according to claim 1 , characterized in that an excitation current measurement value is recorded in time correlated with the, preferably at the, nominal switching times of each control cycle and the current change of the excitation current is determined and evaluated as a difference between the excitation current measurement values recorded in the control cycles immediately following one another correlated with the nominal switching times of the semiconductor switches (210, 340). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittelung bei der Ermittlung des Vorzeichens der Stromänderung des Erregerstroms vorgenommen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an averaging is carried out when determining the sign of the current change of the excitation current. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerstrommesswerte, die korreliert mit, insbesondere zu, einander in verschiedenen Steuerzyklen entsprechenden nominellen Schaltzeitpunkten erfasst sind, gemittelt werden und die Erregerstromänderungen anhand dieser gemittelten Erregerstrommesswerte ermittelt werden.procedure according to claim 3 , characterized in that the excitation current measured values, which are recorded correlated with, in particular with, nominal switching times corresponding to one another in different control cycles, are averaged and the excitation current changes are determined on the basis of these averaged excitation current measured values. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Differenzen, die anhand von Erregerstrommesswerten ermittelt sind, die jeweils korreliert miteinander in verschiedenen Schaltzyklen entsprechenden nominellen Schaltzeitpunkten erfasst sind, gemittelt werden.procedure according to claim 3 , characterized in that the determined differences, which are determined on the basis of excitation current measured values which are each recorded in correlation with one another in different switching cycles corresponding to nominal switching times, are averaged. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass derjenige der Halbleiterschalter als defekt ermittelt wird, korreliert mit dessen nominellen Schaltvorgängen keine Änderung des Vorzeichens der Erregerstromänderung auftrittMethod according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor switch is determined to be defective, with whose nominal switching operations no change in the sign of the excitation current change occurs Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorzeichenwechsel anhand einer Ermittlung einer Änderungsfrequenz oder Hauptfrequenzkomponente eines aus den Erregerstrommesswerten gebildeten Erregerstromsignals vorgenommen wird, wobei das Erregerstromsignal die Stromänderungen des Erregerstroms darstellt, wobei eine zeitliche Korrelation der Vorzeichenwechsel mit den Schaltvorgängen vorliegt, wenn eine ermittelte Frequenz oder Hauptfrequenzkomponente zumindest ungefähr einen doppelten Wert einer Frequenz der pulsweitenmodulierten Steuersignale aufweist, und das Fehlersignal ausgegeben wird, wenn die ermittelte Frequenz oder Hauptfrequenzkomponente einen Wert aufweisen, der zumindest ungefähr der Frequenz der pulsweitenmodulierten Steuersignale entspricht.procedure according to claim 1 , characterized in that the sign change is carried out based on a determination of a change frequency or main frequency component of an excitation current signal formed from the excitation current measured values, wherein the excitation current signal represents the current changes of the excitation current, wherein a temporal correlation of the sign change with the switching operations exists when a determined frequency or main frequency component has at least approximately twice a value of a frequency of the pulse-width modulated control signals, and the error signal is output when the determined frequency or main frequency component has a value which at least approximately corresponds to the frequency of the pulse-width modulated control signals. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass derjenige der Halbleiterschalter als defekt ermittelt wird, korreliert mit dessen nominellen Schaltvorgängen keine Änderung des Vorzeichens der Erregerstromänderung auftritt oder zu dessen Steuersignal das Erregerstromsignal einen Phasenversatz aufweist.procedure according to claim 7 , characterized in that the semiconductor switch which is determined to be defective correlates with whose nominal switching operations no change in the sign of the excitation current change occurs or with whose control signal the excitation current signal has a phase offset. Steuervorrichtung (1200) mit Detektionseinrichtung (1040) zum Erkennen eines einzelnen dauerhaft leitenden defekten Halbleiterschalters der Halbleiterschalter (210, 340) einer halbgesteuerten H-Brücke (100) zum Stellen eines Erregerstroms einer fremderregten Synchronmaschine, wobei die halbgesteuerte H-Brücke (100) einen Brückenzweig (200) mit einem der Halbleiterschalter T1 (210) und einer in Reihe in Sperrrichtung geschalteten Diode D3 (230) und einen weiteren Brückenzweig (300) umfassend eine weitere Diode D2 (320) in Sperrrichtung in Reihe mit einem weiteren der Halbleiterschalter T4 (340) sowie einen Lastzweig (400) umfassend eine Erregerwicklung (460) der fremderregten Synchronmaschine, wobei der Lastzweig einen Verbindungspunkt (250) von dem einen der Halbleiterschalter T1 (210) und der Diode D3 (230) in dem einen Brückenzweig (200) und mit einem weiteren Verbindungpunkt (350) zwischen der weiteren Diode D2 (320) und dem weiteren der Halbleiterschalter T4 (340) im weiteren Brückenzweig (300) verbindet, und wobei in dem Lastzweig (400) eine Strommesseinrichtung (480) zum Messen des aktuellen Erregerstroms angeordnet ist; wobei die Steuereinrichtung (1200) eine Erregerstromregelung (1220) umfasst, welche ausgebildet ist, zwei gleichfrequente, um eine halbe Periode phasenversetzte pulsweitenmodulierte Steuersignale (611, 621) zum Ansteuern des einen der Halbleiterschalters T1 (210) und des weiteren der Halbleiterschalters T4 (340) zu erzeugen, sodass der durch den Lastzweig (400) fließende Erregerstrom über die Pulsweitenmodulation der Steuersignale (611, 621) gemäß einer Anforderung regelbar ist, wobei ein Tastverhältnis im Normalbetrieb auf einen Bereich von 50% bis 100% eingeschränkt ist, wobei das Tastverhältnis ein Verhältnis einer zeitlichen Pulsbreite des Signalpegels (612, 622), der den entsprechend angesteuerten der Halbleiterschalter (210, 340) in einen leitenden Zustand versetzt, zur Periode des Steuersignals (611, 621) angibt, und wobei der Lastzweig (400) eine Strommesseinrichtung (480) umfasst, um den Erregerstrom zu messen, der von der Erregerstromregelung (1220) als Rückkopplungssignal verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (1040) ausgebildet ist, Erregerstrommesswerte der Strommesseinrichtung (480) zu erfassen und auszuwerten, ob eine Stromänderung des Erregerstroms ihr Vorzeichen zeitlich korreliert mit jedem der nominellen Schaltzeitpunkte (T1ein, T4aus, T4ein, T1aus) eines der Halbleiterschalter (210, 340) ändert, und wenn dieses nicht der Fall ist, ein Fehlersignal auszugeben, welches einen Defekt eines der Halbleiterschalter (210, 340) angibt, wobei ein nomineller Schaltzeitpunkt (T1ein, T4aus, T4ein, T1aus) ein Schaltzeitpunkt ist, an dem einer der beiden Halbleiterschalter (210, 340) bei einer intakten halbgesteuerten H-Brückenschaltung (100) seinen Schaltzustand ändert.Control device (1200) with detection device (1040) for detecting a single permanently conductive defective semiconductor switch of the semiconductor switches (210, 340) of a half-controlled H-bridge (100) for setting an excitation current of an externally excited synchronous machine, wherein the half-controlled H-bridge (100) has a bridge branch (200) with one of the semiconductor switches T1 (210) and a diode D3 (230) connected in series in the reverse direction and a further bridge branch (300) comprising a further diode D2 (320) in the reverse direction in series with another of the semiconductor switches T4 (340) and a load branch (400) comprising an excitation winding (460) of the externally excited synchronous machine, wherein the load branch has a connection point (250) of the one of the semiconductor switches T1 (210) and the diode D3 (230) in the one bridge branch (200) and with a further connection point (350) between the further diode D2 (320) and the further semiconductor switch T4 (340) in the further bridge branch (300), and wherein a current measuring device (480) for measuring the current excitation current is arranged in the load branch (400); wherein the control device (1200) comprises an excitation current control (1220) which is designed to generate two pulse-width modulated control signals (611, 621) of equal frequency and phase-shifted by half a period for controlling one of the semiconductor switches T1 (210) and the other of the semiconductor switches T4 (340), so that the excitation current flowing through the load branch (400) can be controlled via the pulse width modulation of the control signals (611, 621) according to a requirement, wherein a duty cycle in normal operation is limited to a range of 50% to 100%, wherein the duty cycle indicates a ratio of a temporal pulse width of the signal level (612, 622), which puts the correspondingly controlled semiconductor switch (210, 340) into a conductive state, to the period of the control signal (611, 621), and wherein the Load branch (400) comprises a current measuring device (480) to measure the excitation current, which is used by the excitation current control (1220) as a feedback signal, characterized in that the detection device (1040) is designed to detect excitation current measured values of the current measuring device (480) and to evaluate whether a current change in the excitation current changes its sign in a temporally correlated manner with each of the nominal switching times (T1 on , T4 off , T4 on , T1 off ) of one of the semiconductor switches (210, 340), and if this is not the case, to output an error signal which indicates a defect in one of the semiconductor switches (210, 340), wherein a nominal switching time (T1 on , T4 off , T4 on , T1 off ) is a switching time at which one of the two semiconductor switches (210, 340) at a intact half-controlled H-bridge circuit (100) changes its switching state. Steuervorrichtung (1200) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (1240) einen programmgesteuerten Mikroprozessor sowie einen Programmspeicher mit Programmcode umfasst, wobei bei einem Ausführen des Programmcodes auf dem Prozessor die Schritte gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgeführt werden.Control device (1200) according to claim 9 , characterized in that the detection device (1240) comprises a program-controlled microprocessor and a program memory with program code, wherein when the program code is executed on the processor, the steps are carried out according to a method according to one of the Claims 1 until 8 be executed. Computerprogrammprodukt umfassend Programmcode, der bei einer Ausführung auf einen Mikroprozessor im Zusammenwirken mit der Steuervorrichtung (1200) nach einem der Ansprüche 9 oder 10 und der darin beschriebenen halbgesteuerten H-Brückenschaltung (100) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt.Computer program product comprising program code which, when executed on a microprocessor in cooperation with the control device (1200) according to one of the Claims 9 or 10 and the half-controlled H-bridge circuit (100) described therein, the method according to one of the Claims 1 until 8 executes.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014102869A1 (en) 2013-03-07 2014-09-11 Denso Corporation Rotating electrical machine with a function for detecting abnormalities in a switching element
DE102014018665A1 (en) 2014-12-13 2016-06-16 Baumüller Nürnberg GmbH inverter
EP3208922A1 (en) 2016-02-18 2017-08-23 Siemens Aktiengesellschaft Module self-check in a modular multicell converter
DE102016203355A1 (en) 2016-03-01 2017-09-07 Kuka Roboter Gmbh Electrical device with a clocked power supply and method for checking the power supply of the electrical device
DE102020112704A1 (en) 2020-05-11 2021-11-11 Audi Aktiengesellschaft Method for operating an electrical circuit arrangement, electrical circuit arrangement and motor vehicle

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014102869A1 (en) 2013-03-07 2014-09-11 Denso Corporation Rotating electrical machine with a function for detecting abnormalities in a switching element
DE102014018665A1 (en) 2014-12-13 2016-06-16 Baumüller Nürnberg GmbH inverter
EP3208922A1 (en) 2016-02-18 2017-08-23 Siemens Aktiengesellschaft Module self-check in a modular multicell converter
DE102016203355A1 (en) 2016-03-01 2017-09-07 Kuka Roboter Gmbh Electrical device with a clocked power supply and method for checking the power supply of the electrical device
DE102020112704A1 (en) 2020-05-11 2021-11-11 Audi Aktiengesellschaft Method for operating an electrical circuit arrangement, electrical circuit arrangement and motor vehicle

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