技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于识别驱动电路与电机，特别是三相交流电机之间的连接
导线是否断开的方法，另外，本发明还涉及一种实现该方法的装置。
背景技术
[0002] 多相电机，例如三相交流电机，通常是借助于一种所谓的逆变器功率级（Inverter-Leistungsstufe）来触发的。对于电机的每一相，逆变器功率级均具有两个可独立触发的
电子功率
开关，这种电子功率开关可以是例如功率晶体
三极管、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等形式。配属于一确定的相的其中一个功率开关与一高电源电势相连，而配属于该相的另一功率开关则与一低电源电势相连。在这两个功率开关之间有用于连接属于电机的相终端（Phasenanschluss）的
端子。
[0003] 电子功率开关是借助控制电路（Steuerschaltung）来触发的，这样,在某一确定的相的一个与高电源电势相连的功率开关以及至少一个与低电源电势相连的功率开关关闭时，能够使其他剩余的功率开关处于打开状态。由此能够使流过电机从而产生驱动
力的
电流通路得到限定。
[0004] 由于必要的开关速度，并由于需为此投入高的功率，逆变器功率级一般利用由控制电路进行触发的、分离的晶体三极管构造而成。根据所需要的电机运行方式，上述触发是通过具有一定
频率、一定时延的脉冲来实现的。
[0005] 为对逆变器功率级的功率晶体管的功能性进行诊断，每一功率晶体管的漏极与源极同样也与控制电路连接。尤其是每一功率晶体管的这种漏极连接使得在控制电路中能够实现开路探测（Open-Load-Detektion）。通过开路探测能够确定是否在相应功率晶体管的漏极上加载有固定的电势，或者确定所述漏极是否浮动（即具有浮动的电势）。但是，在所有功率晶体管都打开时，开路故障（Open-Load-Fehler）会被报告给每一功率晶体管。因此无法分辨电路连接是否存在物理中断，或者是否所有功率晶体管都是根据触发正常地打开从而电路连接未出现断路现象。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于设计一种功率级与多相电机之间导线连接状况的诊断方法及装置，利用此种方法及装置能够特别可靠地识别功率级与电机间的导线是否是断开的，而且，利用此种方法及装置还能进一步识别出那些发生了断路的导线连接。
[0007] 这一目的是通过如
权利要求1所述之方法以及如并列权利要求所述之装置、触发系统与系统而得以实现的。
[0008] 本发明的其他有利设计方案由各
从属权利要求给出。
[0009] 根据第一方面，设计了一种对具有多个
触发电路的功率级与电机之间的导线连接的断开进行探测的方法。触发电路的构造成用于有选择地将一个或多个确定的电势加载到相关的触发电路的输出端上或者将相关的触发电路的输出端从所述确定的电势断开。电机装有多个相互连接的相绕组，这些相绕组能够通过相终端
接触，其中，每个触发电路的输出端分别通过相应的
连接线与相终端连接。所述方法包括下列步骤：
[0010] - 将相应确定的电势加载到触发电路的至少一个输出端上；
[0011] - 实施探测，以便对与所述触发电路的输出端之一或者所述触发电路的多个输出端上的电势相关的探测电势进行探测；以及
[0012] - 根据所述探测的结果来确定在功率级与电机之间的至少一处导线连接的断开。
[0013] 尤其可以这样设计：通过触发电路之一的输出端加载确定的电势，而其余触发电路的输出端则通过各触发电路从所述确定的电势断开。所述探测的实施是通过下述方式实现的：在一条或多条其余触发电路的输出端上探测是存在浮动电势还是所述输出端与固定的电势连接。
[0014] 根据在其余触发电路的一个或多个输出端上是否探测到浮动电势的出现来确定在功率级与电机之间至少一处导线连接的断开。
[0015] 上述方法的思想在于：利用通常已预先设计好的方法对一条或多条触发电路，特别是所有其余触发电路的输出端上是否存在浮动电势，或者对所述输出端是否与一固定的电势相连进行识别，从而实现对功率级与电机之间导线连接的功能性检查。
[0016] 对在所有其余触发电路的输出端上是存在浮动电势还是所述输出端与固定的电势相连的探测尤其可以利用在相应触发电路中的功率晶体管上实施开路探测来实现。
[0017] 进一步地，在进行开路探测时，可以在配属于一触发电路的功率晶体管的与相应触发电路的输出端相连接的终端上馈入探测电流，并且，根据通过加载该探测电流而在相关输出端上出现的电势来确定在所述触发电路的输出端上的电势是浮动的还是与固定的电势相连。
[0018] 进一步地，可将在相关输出端上出现的电势用
阈值比较的方法与一预定的参考电势进行比较，其中可以根据阈值比较的结果来识别导线连接的断开。
[0019] 可设计至少三条用于将至少三条触发电路与电机的相应相终端连接的连接导线，这样，当探测到在其余触发电路的所有输出端上出现浮动电势时，就可以确定配属其中一条触发电路的导线连接出现断开。
[0020] 根据另一实施方式，可以设计至少三条用于将至少三条触发电路与电机的相应相终端连接的连接导线，这样，所述方法进一步具有如下步骤：
[0021] - 通过另一触发电路的输出端加载固定的电势，其中所有其余触发电路的输出端从固定的电势断开；
[0022] - 在其余触发电路的输出端上分别探测是存在浮动电势还是各输出端与固定的电势相连接；以及
[0023] - 如果在配属第一相的触发电路的输出端以及在配属第三相的触发电路的输出端上均探测到浮动电势的存在，则可确定配属于所述另一触发电路的导线连接出现断开。
[0024] 根据另一实施方式，可以在各条触发电路的每一输出端上均加载确定的电势，其中通过各个内阻能够在所述触发电路的至少一个输出端上加载一与参考电势不同的确定的电势，从而加载在其余触发电路的至少一个输出端上的电
势能够由于与所述其余触发电路之一的输出端上的偏离于其的确定的电势导电地相连接的缘故而得以改变，其中，所述探测电势作为在触发电路的至少一个输出端上出现的电势与加载在其余触发电路的至少一个输出端上的电势的函数求取。
[0025] 进一步地，探测电势可利用
电阻网络来建立，其中所述电阻网络具有测量
节点，该测量节点通过第一电阻与触发电路的至少一个输出端以及其余触发电路的至少一个输出端连接并通过第二电阻与参考电势相连接。
[0026] 可以这样设计，即，将探测电势与预定的阈值电势进行阈值比较，然后根据此阈值比较的结果来确定在功率级与电机之间至少一处导线连接的断开。
[0027] 根据另一方面，设计了一种用于对功率级与电机之间的导线连接的断开进行探测的装置。所述功率级构造有多条触发电路，以便有选择地将一个或多个确定的电势加载到相关的触发电路的输出端上或者将相关的触发电路的输出端从所述确定的电势断开。电机设有多个互相连接的相绕组，这些相绕组能够通过相终端接触。每一触发电路的输出端通过各连接导线与所配属的相终端连接。所述装置包括控制单元，该控制单元被构造成：
[0028] - 对触发电路实施触发，从而将相应确定的电势加载在所述触发电路的至少一个输出端上；
[0029] - 利用探测器电路实施探测，以便探测与触发电路的输出端之一上的电势或者与触发电路的多个输出端上的电势有关的探测电势；并
[0030] - 根据所述探测的结果确定在功率级与电机之间至少一处导线连接的断开。
[0031] 控制电路（Steuerschaltung）可进一步设计用于对触发电路进行触发，从而能够通过触发电路之一的输出端加载确定的电势，其中所有其余触发电路的输出端则通过各触发电路从该确定的电势断开。进一步地，探测器电路可以在一条或多条其余触发电路的输出端上探测是存在浮动电势还是其与固定的电势连接。控制电路可以构造成用于根据在其余触发电路的一个或多个输出端上是否存在浮动电势的探测结果来确定在功率级与电机之间至少一处导线连接的断开。
[0032] 根据另一实施方式，探测器电路可具有电流源，用以在一个配属于一触发电路的与相应触发电路的输出端相连接的功率晶体管的终端上馈入探测电流，该探测器电路还可以具有比较器电路，以便将在相关输出端上出现的电势用阈值比较的方法与预定的参考电势进行比较，其中可以根据所述阈值比较的结果识别导线连接的断开。
[0033] 进一步地，可以设计至少三条用于将至少三条触发电路与电机的相应相终端连接的连接导线，其中所述控制单元被构造成用于在探测到其余触发电路的所有输出端上出现浮动电势时确定在配属于一条触发电路的导线连接的断开。
[0034] 根据另一实施方式，控制电路可以被构造成用于对触发电路实施触发，从而在各条触发电路的每个输出端上均加载一确定的电势，其中通过相应的内阻能够在所述触发电路的至少一个输出端上加载与参考电势不同的电势，从而这一电势能够因为通过功率级与电机之间导电连接而与所述其余触发电路之一的输出端上偏离于其的确定的电势的电连接的缘故而得以改变； 控制电路可以构造成用于将所述探测电势作为在触发电路的至少一个输出端上出现的电势与加载在其余触发电路的至少一个输出端上的电势的函数求取。
[0035] 可以进一步设置电阻网络用以提供探测电势，其中，所述电阻网络具有测量节点，该测量节点通过第一电阻与触发电路的至少一个输出端以及其余触发电路的至少一个输出端连接并通过第二电阻与参考电势相连接。
[0036] 进一步地，可以构造一探测电路，用于根据探测电势与预定的阈值电势的阈值比较的结果来确定在功率级与电机之间至少一处导线连接的断开的出现。
[0037] 根据另一方面，提供了用于触发电机的触发系统，其中，所述触发系统包括具有多条触发电路的功率级和上述装置。
[0038] 根据另一方面，提供了一个具有电机和上述触发系统的系统。
附图说明
[0039] 下面将参考附图详细阐述本发明的优选
实施例。其中：
[0040] 图1是具有三相交流电机与控制单元的电机系统；
[0041] 图2是控制电路中的探测电路，该探测电路对用于触发三相交流电机的功率级的开路状态实施识别；
[0042] 图3是展示对功率级与三相交流电机之间的导线连接是否断开实施识别的方法的
流程图；
[0043] 图4是另一具有三相交流电机与控制单元的电机系统；以及
[0044] 图5是展示对功率级与三相交流电机之间的导线连接是否断开实施识别的另一方法的流程图。
具体实施方式
[0045] 在图1中示出了一个电机系统1，该系统中的电机被构造成三相交流电机2。三相交流电机2的绕组线圈3连接成星形线路。当然，绕组线圈3也可采用其他连接法，例如三
角形连接法。
[0046] 三相交流电机2的每一相U、V、W均具有自己的终端（Anschluss），各个相分别与相应的触发电路，尤其是分别与功率级4的逆变器电路5U、5V、5W相连接。功率级4用于提供三相交流电机2的驱动
电能。功率级4的逆变器电路5U、5V、5W各自具有第一功率晶体管6U、6V、6W以作为功率开关，在下文中，这些功率开关被称作高侧晶体管（High-Side-Transistor）。进一步地，每一逆变器电路5U、5V、5W分别具有另一功率晶体管7U、7V、7W以作为功率开关，这些功率开关在下文中被称作低侧晶体管（Low-Side-Transistor）。高侧与低侧晶体管6U、7U；6V、7V；6W、7W以
串联方式连接在高电源电势VBat 与测量点电势GND之间。
[0047] 各逆变器电路5U、5V、5W的输出端分别位于两个串接的功率晶体管6U、7U、6V、7V、6W、7W之间，就是说，各功率晶体管的漏极分别与相应逆变器5U、5V、5W的相应输出端相连接。各逆变器电路5U、5V、5W的输出端通过相应的连接导线10与三相交流电机2上的配属给它们的相终端连接。
[0048] 为驱动三相交流电机2，设计有控制电路8，该电路通过相应的连接导线将一触发
信号接到功率晶体管6U、7U、6V、7V、6W、7W的相应
门极上。所述触发信号通常经过
脉宽调制，它将贯通在三相交流电机2的两个相终端之间相应电流通道接通。
[0049] 为诊断目的，每一功率晶体管的漏极端和源极端均可与控制电路8连接到一起。但是，下面仅探测每一功率晶体管之漏极端的电势（这种探测对开路探测而言是必不可少的），就是说，在可选实施方式中，源极端与控制电路8之间的连接可以舍弃。
[0050] 在电机系统中，功率级4与三相交流电机2之间的连接导线10可能会出现物理断开的现象。
[0051] 若在其中一条连接导线10中存在物理断开现象，那么有必要对此进行探测，并以合适的方式进行告知或记录。为此，在控制单元8中为每一功率晶体管6U、7U、6V、7V、6W、7W分别设置一开路探测电路9。
[0052] 在图2中画出了开路探测电路9的方框电路图，图中示出了适用于控制电路8中逆变器功率级4的每一功率晶体管之开路探测电路优选设计。开路探测电路9和配属于它的功率晶体管的漏极相连接。开路探测电路9包括电流源13、
放大器电路11和比较器单元12。若开路探测是通过控制电路8实现的，则所述控制电路8要对电流源进行触发，从而将一定的电流馈入配属于它的功率晶体管（该晶体管由其自身门极上的相应触发信号打开）。馈入的电流会引起在高阻抗的功率晶体管上出现
电压降，其通常引起在所述功率晶体管上下降的电压。由电流源13馈入之电流大小应适当选择，从而能够通过对在相应功率晶体管上的电压降进行评估而识别出功率晶体管的漏极是有电势漂浮或浮动（即没有电势连接）还是所述漏极与电源电势相连。
[0053] 根据功率晶体管的参数（闭
锁状态中的电阻以及逆变器电路的其他寄生电阻），适当确定电流源的参数，这样，在漏极出现浮动时就可以知晓电压或者出现在功率晶体管漏极上的电压范围。若漏极未出现浮动，则其通过连接导线10和电机2要么与正电势，要么与负电势连接，这样，通过由电流源13馈入电流，就不会出现相应的开路电压（馈入电流与功率晶体管在闭锁状态下的电阻或者寄生电阻的乘积）。
[0054] 为评估漏极上的电压，设计有放大器电路11，该电路的输出端比较器单元12相连接。放大器电路11的输入端具有高阻抗，用以避免对在电势浮动情况下出现的电压产生影响。进一步地，将一
指定阈值的参考电压URef被提供给比较器单元12。将该参考电压与由放大器电路11输出的、经放大了的开路电压进行阈值比较，以便根据在放大器电路上的电压来确定，相关功率晶体管的漏极浮动还是与一固定电势相连。
[0055] 为了确定是否在至少一条连接导线1上出现了物理性导线断开现象，这里是设计通过控制电路8实施测试程序。在三相交流电机2的静止状态下，控制电路8仅关闭一确定的相的功率晶体管（步骤S1），此时，所有其他功率晶体管保持打开。相应的功率晶体管被关闭，因而在相关逆变器电路的输出端上会输出一个电源电势，而且，在连接导线10没有断开的情况下，会把相应电势加载到其他逆变器电路 5U、5V、5W的所有输出端上。在前面的例子中，如果高侧功率晶体管6U、6V、6W被关闭，那么加载在逆变器电路5U、5V、5W输出端上的电势与高电源电势相一致，而如果低侧功率晶体管7U、7V、7W被关闭，那么加载在逆变器电路5U、5V、5W输出端上的电势与低电源电势相一致。
[0056] 随后，在另外的相的功率晶体管上分别利用配属的开路探测电路9实施上述开路识别（步骤S2），如果在逆变器电路5U、5V、5W的功率晶体管上或者在其余的相的逆变器电路5U、5V、5W的输出端上识别到开路状态，那么就可推定所考察的相的那一条处于逆变器功率级4与连接三相交流电机2的该所考察相之间导线连接10是物理断开的（步骤3，选择情况：是）。如果不是这样（步骤S3，选择情况：不），那么就可确定，在逆变器电路5U、5V、5W的功率晶体管上以及在其余各相的逆变器电路5U、5V、5W的输出端上没有识别到存在开路状态，因此在导线连接10没有断开（步骤S4，选择情况：是）。如果在逆变器电路5U、5V、
5W的功率晶体管上以及在其余各相的逆变器电路5U、5V、5W的输出端上存在开路状态，那么，与那些被确定存在着开路状态，亦即存在浮动电势的逆变器电路5U、5V、5W的输出端相连接的导线连接10可能是断开的（步骤S4，选择情况：不）。
[0057] 优选这样设计，即，如果在所观察的相的逆变器电路5U、5V、5W中，高侧功率晶体管6U、6V、6W是关闭的，那么就利用配属于其他相的逆变器电路5U、5V、5W的低侧晶体管7U、7V、7W的开路探测电路9进行评估；相反，若在所观察的相的逆变器电路5U、5V、5W中，低侧功率晶体管7U、7V、7W是关闭的，则利用配属于其他相的逆变器电路5U、5V、5W的高侧晶体管6U、6V、6W的开路探测电路进行评估。
[0058] 为对逆变器功率级4与三相交流电机2之间的连接导线10进行彻底探测，需对每一相都执行上述过程，也就是说，在每一相的逆变器电路5U、5V、5W中，将功率晶体管6U、6V、6W、7U、7V、7W中的一个关闭，而将其余的打开，并且在其他相的功率晶体管上实施相应的开路探测。
[0059] 开路探测电路9可以这样构造，即，进行一次或者两次阈值比较，以便确定加载在相关漏极上的电压是否是由于自由浮动的电势或者是由于与电源电势相连而导致的。对于一次阈值比较的方式，在关闭高侧晶体管时，在另一相的低侧晶体管上实施开路探测是合适的，而对于两次阈值比较，开路探测仅需在另一相的另一功率晶体管上实施。采取两次阈值比较的方式，能够将高电源电势和低电源电势与那些在逆变器电路5U、5V、5W的相关输出端（在该输出端上实施开路探测）浮动时出现的电势区别开。
[0060] 在上述实施例中，开路探测是在功率晶体管的漏极上进行的。对于构造方式不同的逆变器电路,相应的操作程序也可在逆变器电路5U、5V、5W的相应输出端上直接进行。
[0061] 图4中示出了另一电机系统21，该系统的电机被构造成三相交流电机22。三相交流电机22的线圈绕组23连接成星形线路，而且能够通过相应的相终端进行触发。也可以考虑将线圈绕组23连接成三角形线路。
[0062] 三相交流电机22的每一相U、V、W均具有自己的终端，这些终端分别与相应的触发电路，尤其是分别与相应的功率级24的逆变器电路25U、25V、5W相连接。功率级24用于提供三相交流电机22的驱动电能。
[0063] 功率级24的逆变器电路25U、25V、25W分别具有第一功率晶体管26U、26V、26W（高侧晶体管）以作为功率开关。进一步地，逆变器电路25U、25V、25W中的每一个具有另一功率晶体管（低侧晶体管）27U、27V、27W以作为功率开关。一个高侧晶体管分别与一个低侧晶体管即26U、27U；26V、27V；26W、27W分别以串联方式连接在高电源电势Vbat 与测量点电势GND之间。各逆变器电路25U、25V、5W的输出端位于两个串接的功率晶体管26U、27U；26V、27V；26W、27W之间，就是说，各功率晶体管的漏极分别于相应逆变器25U、25V、25W的相应输出端相连接。各逆变器电路25U、25V、5W的输出端都通过相应的连接导线30与三相交流电机22上的配属给它们的相终端连接。
[0064] 为驱动三相交流电机22，设计有控制电路28，该电路通过相应的连接导线将一触发信号接到功率晶体管26U、27U、26V、27V、26W、27W的相应门极上。所述触发信号通常经过脉宽调制，它将贯通在三相交流电机22的两个相终端之间相应电流通道接通。
[0065] 逆变器电路25U、25V、5W的每一输出端节点分别通过例如构造成晶体管的相应开关31U、31V、31W与相应的充电电源（Ladungsquelle）相连接。所述充电电源在本例子中被构造成电压源32U、32V、32W，这些电压源通过相应的内阻36U、36V、36W，特别是通过大于1000欧姆的内阻与电压源串联在一起。
[0066] 可选地，充电电源也可构造成具有与其并联连接的内阻的电流源。这种结构用于在高侧与低侧晶体管同时断路时将两者之间的输出端节点保持一定的电势以避免电势出现完全的自由浮动，或者将所述输出端节点与载流子源（Ladungsträgerquelle）相连接。换言之，当配属的高侧与低侧晶体管打开时，开关31U、31V、31W是通过控制单元28来触发与关闭的，也就是说，当相应的逆变器电路处于不接通状态时，电流源是与该逆变器电路的输出端节点连接的。
[0067] 进一步地，逆变器电路25U、25V、5W的输出端通过各自的第一电阻33U、33V、33W与一共同的测量节点相连接，而所述测量节点又与控制单元28的测量端连接。进一步地，所述测量端通过第二电阻34与一参考电势，优选测量电势GND相连接。
[0068] 在控制单元28中设计有探测单元29，用以测量并求得加载在所述测量节点上的测量电势。例如，可以通过阈值比较的方式将测量电势与预定的阈值电势进行比较，这样，在测量电势超过或低于所述阈值电势时就可以判断出导线是断开的。
[0069] 在图5中示出了一流程图，用以阐释逆变器电路与三相交流电机22之间的导线连接20的诊断方法。在步骤S41中要探测三相交流电机22是否处于停止状态，只有其处于停止状态（选择情况：是），才会跳到步骤S42，在步骤S42中，逆变器电路25U、25V除了一条逆变器电路之外是被连接成不活动状态的，就是说，不活动的逆变器电路25U的高侧与低侧晶体管26U、27U打开，而相应的开关31U关闭，以便将电流源32U与相关逆变器电路的相应输出端节点连接到一起。
[0070] 活动的逆变器电路25W被连接成使得具有已确定的电势的输出端节点或者与高电源电势VBat或者与测量电势GND连接。在连接导线30符合规定要求时，由于线圈绕组23通常是低阻抗的，因此活动逆变器电路25W的测量电势将把逆变器电路25U、25V输出端上的电势同样拉升至测量电势GND，从而在测量节点M上同样会出现测量电势。如果控制单元8在测量节点M上识别到侧量电势（步骤S43），那么在步骤S44中会发出一电机系统21无错的信号，并终止诊断过程。
[0071] 如果确定测量节点M上的电压与确定的电势，即测量电势GND不相等，那么就出现了这样的情况，即，被连接成不活动的逆变器电路25U、25V的其中一个输出端不是通过三相交流电机22与确定的电势连接的。在相应的输出端上会得到这样一个电压，即由相应的电流源32U、32V提供的电流与第一电阻33U、33V和第二电阻34V的和产生的电压。所述电流会通过第二电阻34U导致电压的下降，这样，测量点上的测量电势将不等于测量电势（一般不等于参考电势）。由此确定存在有故障（步骤S43）。如果确认有故障（选择情况：是），那么在步骤S44中，逆变器电路25U、25V、25W中的一条被连接成不活动，就是说，输出端通过相应的开关31U、31V、31W与电流源相连接。其余的逆变器电路则被连接成这样，即在它们的输出端上分别加载一确定的、相等的电势。通过这种方式可以探测，连接成不活动状态的逆变器电路25U的连接导线与三相交流电机22是否是符合规定地相连接的。
[0072] 如果在步骤S45中确定，测量电势等于确定的电势，亦即测量电势GND，那么就可确定，与被连接成不活动状态的逆变器电路25U相连的连接导线30运行正常（选择情况：是）。如果识别出电势偏离确定的电势（选择情况：不），那么在步骤S46中发出一个与被连接成不活动状态的逆变器电路25U相连的连接导线30有故障的信号。如果没有识别到故障，那么在步骤S47中即会跳回至步骤S44，此时将接着选择下一逆变器电路25V、25W，直至所有的逆变器电路25U、25V、25W都按这种方式得到检验。因为之前在步骤S43中确定有故障，所以配属于逆变器电路25U、25V、25W的连接导线30中，至少有一条一定是有故障的。
[0073] 测量节点M上的测量电势是由设置在控制单元8中的模数转化器36来探测的，然后，借助于阈值比较来确定该测量电势是否与确定的电势，亦即参考电势或与该确定的电势不相等的电势相一致。
[0074] 可以进一步这样设计，即，在诊断方法中，所有逆变器电路25U、25V、25W均主动地调整到一确定的，也就是说相等的电势，这样，在测量节点M上出现的测量电势必然是该确定的电势。若测量电势偏离该确定的电势，那么可以推断与另一确定的电势短接。例如，如果所有逆变器电路25U、25V、25W都接地，而测量电势偏离大地电平，就可推导出其与一高电压源短接。
[0075] 前述实施例是根据一具有同步电机的电机系统来描述的。但是，上述方法也可应用于发电机系统。
