專利名稱：用于校準驅動電路上的電壓測量裝置的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于在測量驅動電路中、尤其是在用于運行電動機的驅動電路中的端電壓的方法和設備。本發(fā)明尤其涉及對用于測量驅動電路中的端電壓的電壓測量裝置的校準。
背景技術：
馬達系統(tǒng)通常除了具有電機之外也具有相應的驅動電路，以便觸發(fā)尤其是具有多個功率級的電機。驅動電路通常包括兩個或多于兩個半橋電路，即所謂的逆變器電路，其基本上具有包括兩個功率半導體開關的串聯(lián)電路。中間端子位于所述功率半導體開關之間，所述中間端子與配屬的馬達端子連接。根據(jù)功率半導體開關的開關狀態(tài)，使得中間端子或者與高供電電勢連接或者與低供電電勢連接。根據(jù)有待觸發(fā)的電動機，對于電動機的運行來說需要檢測馬達端子上的端電壓。這種端電壓通常借助合適的處理電路(例如分壓器或者類似器件)以及例如模數(shù)轉換器的電壓測量器進行檢測并且將相應的電壓數(shù)據(jù)輸送給觸發(fā)驅動電路的控制單元。確定的精度要求適用于檢測端電壓，其目前通過如下方式來滿足安裝具有嚴格容許誤差的部件、例如精確電阻以構造處理電路。然而使用這種精確部件是昂貴的，因為這些精確部件必須在選擇過程中進行相應的挑選。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明的任務在于，提供一種用于測量馬達系統(tǒng)中的端電壓的方法和設備，以便能夠利用所述方法和設備精確地檢測電機上的端電壓，而無需為此設置用于處理電路的精確部件或者說具有嚴格容許誤差的部件。該任務通過根據(jù)權利要求I所述的用于校準電機用的端電壓的電壓測量裝置的方法以及通過根據(jù)并列權利要求所述的設備和馬達系統(tǒng)來解決。其它有利的設計方案在從屬權利要求中進行說明。根據(jù)第一方面，規(guī)定了一種用于校準電壓測量裝置、尤其是用于測量電機用的驅動電路的端電壓的方法。該方法包括如下步驟
一切換所述驅動電路，從而使得限定的第一電勢、尤其是第一供電電勢施加到端子接頭上;
一在施加限定的第一電勢時測量馬達端子上的電壓，以便獲得第一電壓數(shù)據(jù)，其中在施加限定的第一電勢時第一電勢數(shù)據(jù)通過測量經處理電路處理的電壓來獲得，所述電壓通過尤其是在馬達端子上存在的電壓的線性的映射而得出；
一切換所述驅動電路，從而使得限定的第二電勢、尤其是第二供電電勢施加到端子接頭上;
一在施加第二電勢時測量馬達端子上的電壓，以便獲得第二電壓數(shù)據(jù)，其中在施加限定的第二電勢時第二電勢數(shù)據(jù)通過測量經處理電路處理的電壓來獲得，所述電壓通過尤其是在馬達端子上存在的電壓的線性的映射而得出；
一求得校正因數(shù)作為由第一電壓數(shù)據(jù)和第二電壓數(shù)據(jù)限定的直線的斜率，其中在所述馬達端子上通過所述處理電路測量的電壓能夠加載校正因數(shù)，以便獲得實際的端電壓。上述方法的思路在于，校準經過處理的電壓，所述電壓例如是通過分壓器產生的。為此首先如此觸發(fā)逆變器電路，從而使得馬達端子與限定的第一電勢連接，其中所述逆變器電路配屬于應該在其上測量端電壓的馬達端子。產生的端電壓于是通過處理電路被截取并且求得說明了經過處理的端電壓的第一電壓數(shù)據(jù)。端電壓于是例如根據(jù)處理電路的映射、例如根據(jù)分壓器的電阻比來劃分。接著，如此觸發(fā)逆變器電路，從而使得馬達端子與限定的第二電勢連接并且通過電壓測量裝置來檢測相應的、經過處理的端電壓。取決于第一電壓數(shù)據(jù)和第二電壓數(shù)據(jù)并且尤其是取決于限定的第一電勢和限定的第二電勢之間的差可以將每個所測量的端電壓換算成實際的端電壓。這可以通過以下方式來實施將所測量的端電壓線性地映射到實際的端電壓上。為此求得傳遞函數(shù)的斜率作為線性相關的系數(shù)其中之一，所測量的電壓必須借助該傳遞函數(shù)的斜率進行校準，以便獲得實際的端電壓。
此外，限定的第一電勢能夠相當于第一供電電勢，并且限定的第二電勢能夠相當于第二供電電勢，并且其中供電電壓能夠相當于第一供電電勢與第二供電電勢之間的電勢差，其中為了求得校正因數(shù)而測量供電電壓，其中求得校正因數(shù)作為所述供電電壓與所述第一供電電勢同第二供電電勢之差之間的比例。根據(jù)另一種實施方式，可以由第一電壓數(shù)據(jù)和第二電壓數(shù)據(jù)確定偏移量，其中在馬達端子上所測量的電壓能夠加載偏移量以便獲得實際的端電壓。根據(jù)另一方面，規(guī)定了一種用于確定當前的端電壓的方法。該方法包括如下步驟
一測量在馬達端子上的電壓，以便獲得電壓數(shù)據(jù)；以及
一由電壓數(shù)據(jù)并且由根據(jù)上述用于校準的方法求得的校正因數(shù)求得當前的端電壓。根據(jù)另一方面，規(guī)定了一種用于校準電壓測量裝置、尤其是用于測量電機用的驅動電路的端電壓的設備。該設備包括
一控制器，構造所述控制器，
一以便針對第一測量觸發(fā)驅動電路，從而使得限定的第一電勢、尤其是第一供電電勢施加到端子接頭上；
一以便針對第二測量觸發(fā)驅動電路，從而使得限定的第二電勢、尤其是第二供電電勢施加到端子接頭上；
一處理電路，以便修改通過端子接頭上的電勢所確定的電壓，從而獲得經過處理的端電壓；
一測量單元，
一以便在第一測量中測量在施加限定的第一電勢時在馬達端子上的經過處理的端電壓，以便獲得第一電壓數(shù)據(jù)；
一以便在第二測量中測量在施加限定的第二電勢時在馬達端子上的經過處理的端電壓，以便獲得第二電壓數(shù)據(jù)；
其中構造所述控制器，以便求得校正因數(shù)作為由第一電壓數(shù)據(jù)和第二電壓數(shù)據(jù)限定的直線的斜率，其中能夠通過校正因數(shù)在馬達端子上加載所測量的電壓，以便獲得實際的端電壓根據(jù)另一方面，規(guī)定了一種馬達系統(tǒng)，其具有電機、控制器以及上述設備。根據(jù)另一方面，規(guī)定了一種計算機程序產品，其包含計算機程序，當所述計算機程序在數(shù)據(jù)處理單元上運行時，實施上述方法。


以下借助附圖對優(yōu)選的實施方式進行詳細的解釋。附圖示出
圖I是具有用于測量端電壓的設備的馬達系統(tǒng)的示意圖；以及
圖2是用于說明用于校準電壓測量裝置的方法的流程圖，所述電壓測量裝置用于測量電動機的馬達端子上的端電壓。
具體實施例方式圖I示出了馬達系統(tǒng)I的示意圖，該馬達系統(tǒng)具有作為電機的電動機2,通過驅動電路3電氣地觸發(fā)所述電動機。在本實施例中，驅動電路3具有兩個半橋電路形式的逆變器電路4，所述逆變器電路分別具有包括兩個功率半導體開關5的串聯(lián)電路。所述功率半導體開關5例如根據(jù)應用和功率范圍實施為功率MOSFET (Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor金屬氧化層半導體場效晶體管)、晶閘管、IGBT( Insulated GateBipolar Transistor絕緣柵雙極型晶體管)或者類似器件。逆變器電路4與高供電電勢Vh和低供電電勢\連接。供電電壓Udc相當于高供電電勢Vh與低供電電勢 '之間的差。在圖I所示的具有兩個逆變器電路4的實施例中，第一逆變器電路4包括第一功率半導體開關和第二功率半導體開關52，并而第二逆變器電路4具有第三功率半導體開關53和第四功率半導體開關54。所述功率半導體開關5通過相應的觸發(fā)信號Tl至T4由控制單元6來觸發(fā)，從而使得功率半導體開關或者閉合(切換為導通)或者打開(切換為不導通)。功率半導體開關5的觸發(fā)可以以已知的方式進行，例如通過脈沖寬度調制來進行，其中所述功率半導體開關5在逆變器電路4的中交替地閉合和打開。第一功率半導體開關S1使電動機2與高供電電勢Vh連接的持續(xù)時間確定了提供給電動機2的電功率，所述持續(xù)時間與觸發(fā)循環(huán)的整個持續(xù)時間相比提供了占空比。為了通過控制器6最優(yōu)地觸發(fā)逆變器電路4而有益的是檢測馬達端子A、B上的端電壓Ul、U2并且將相應的電壓數(shù)據(jù)提供給控制器6。端電壓Ul、U2被截取(abgreifen)并且被輸送給相應的處理電路8 (在此示例性地實施為分壓器)。處理電路8提供相應的端電壓的線性的映射(Abbild)，其中為端電壓U1、U2提供恒定的因數(shù)并且可選地提供偏移量(Offset)。相應的處理電路8提供經處理的端電壓Ul_adc、U2_adc。相應的處理電路8示例性地實施為分壓器，為此其具有包括兩個電阻9的串聯(lián)電路，其中經過處理的端電壓Ul_adc、U2_adc在兩個電阻9之間的中間點上被截取。分割比以已知方式由分壓器8的電阻9的電阻值得出。經過處理的端電壓Ul_adc、U2_adc提供給控制器6的相應的模數(shù)轉換器輸入端。控制器6包含一個或多個模數(shù)轉換器，以便求得經過處理的端電壓Ul_adc、U2_adc的電壓值。示例性地作為分壓器進行描述，分壓器8的電阻9確定了恒定的校正因數(shù)，圍繞所述校正因數(shù)處理相應的端電壓U1、U2。校正因數(shù)必須是已知的，然而與用于分壓器8的電阻9的電阻值極為相關。因為利用精確電阻實現(xiàn)分壓器8是復雜的并且成本高昂的，所以現(xiàn)在提出實施校準方法，利用該校準方法可以求得計算因數(shù)，利用計算因數(shù)可以由經過處理的端電壓Ul_adc、U2_adc求得實際端電壓Ul、U2。為此規(guī)定，借助另一個處理電路10檢測供電電壓UDC。這例如可以借助另一個分壓器10來實施，從而使得經過處理的供電電壓UDC_adc施加到控制器6上，以便在那里通過一個或多 個配屬的模數(shù)轉換器11進行檢測以測量存在的電壓。控制器6由其它的分壓器10的分割因數(shù)并且由經過處理的供電電壓UDC_adc來求得在驅動電路3上存在的供電電壓UDC。在圖2中示出了用于說明用于校準電壓測量裝置的方法的流程圖，該電壓測量裝置用于測量在馬達端子A、B上的端電壓U1、U2其中之一。首先在步驟SI中實施對供電電壓UDC的電壓測量。在接下來的步驟S2中將第一功率半導體開關51閉合(而第二功率半導體開關52保持打開)，以便將高供電電勢Vh施加到第一馬達端子A上。在步驟S3中，在控制器6中測量得到的、經過處理的端電壓Ul_adc(Ul = UDC)。作為接下來的步驟，在步驟S4中，在第一功率半導體開關打開時第二功率半導體開關52借助第二觸發(fā)信號T2來閉合，以便將低供電電勢\施加到第一馬達端子A上。接著在步驟S5中，測量在此情況下經過處理的端電壓Ul_adc (Ul= O)。只要已知兩個平衡點(施加高供電電勢Vh和低供電電勢')，則在步驟S6中能夠確定Ul與Ul_adc之間的線性相關的系數(shù)(線性因數(shù)，即直線的斜率LF，偏移量0F)。這適用
-DI C<d,C I crfci L-fI — y j
UI : --=-=---- - UDC (Ul : UDC\
Ui^deiUl = d) — Jijufe m = C!j..
其中線性因數(shù)LF
= UDC) — Uij2df(i/l = 0)
以及偏移量OF
-1/1 aac^l 二 0' ■ UDC
Qf--滅..........................................................二_丨丨丨................................................................................................................................................-
"m,cdc (^i = yx>n -'= oj
線性因數(shù)在此相當于校正因數(shù)，其給出了在所測量的、經過處理的電壓與實際的端電壓之間的傳遞函數(shù)的斜率。偏移量相當于傳遞函數(shù)的常量的部分并且能夠在一些情況下被忽略，處理電路8不應該具有如在分壓器的示例性的實施方式中那樣的偏移量。因為在確定的運行條件下電流能夠流入到電動機2中，所以在校準時必須考慮這種電流。在此情況下，在第一功率半導體開關閉合時適用=U1 = UDC - R51X I，其中R5I表示第一功率半導體開關的導通電阻。如果第二功率半導體開關52閉合，則適用Ul -R52X I，其中R52是第二功率半導體開關52的導通電阻。通常適用R51 = R520類似于對第一端電壓Ul的測量以相應的方法來實施對第二端電壓U2的測量，其中首先依次將第三功率半導體開關53閉合并且接著將第四功率半導體開關54閉合。在圖I所示的實施例中，而借助控制器6中的模數(shù)轉換器來實現(xiàn)電壓的測量以進行校準。替代地，能夠在外部設置電壓測量裝置以進行校準，例如利用合適的電壓測量裝置并且據(jù)此求得相應的校正因數(shù)，所述校正因數(shù)在馬達系統(tǒng)投入使用之前存儲在控制器6中。以這種方式可以在沒有精確測量初級電路8的部件、例如電阻9的情況下直接求得因 數(shù)，各個所測量的經過處理的電壓必須加載所述因數(shù)，以便求得相應的端電壓U1、U2。
權利要求
1.一種用于校準電壓測量裝置、尤其是用于測量電機(2)用的驅動電路(3)的端電壓的方法，其具有如下步驟 一切換所述驅動電路(3)，從而使得限定的第一電勢、尤其是第一供電電勢施加到端子接頭上; 一在施加限定的第一電勢時測量馬達端子上的電壓(Ul，U2)，以便獲得第一電壓數(shù)據(jù)，其中在施加限定的第一電勢時第一電勢數(shù)據(jù)通過測量經處理電路(8)處理的電壓(Ul_adc, U2_adc)來獲得，所述電壓通過尤其是在馬達端子上存在的電壓(Ul，U2)的線性的映射而得出； 一切換所述驅動電路(3)，從而使得限定的第二電勢、尤其是第二供電電勢施加到端子接頭上; 一在施加第二電勢時測量馬達端子上的電壓(Ul，U2)，以便獲得第二電壓數(shù)據(jù)，其中在施加限定的第二電勢時第二電勢數(shù)據(jù)通過測量經處理電路處理的電壓(Ul_adc，U2_adc)來獲得，所述電壓通過尤其是在馬達端子上存在的電壓(U1，U2)的線性的映射而得出； 一求得校正因數(shù)作為由第一電壓數(shù)據(jù)和第二電壓數(shù)據(jù)限定的直線的斜率，其中在所述馬達端子上通過所述處理電路(8)測量的電壓能夠加載校正因數(shù)，以便獲得實際的端電壓。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中限定的第一電勢相當于第一供電電勢(Vh),并且限定的第二電勢相當于第二供電電勢(')，并且其中供電電壓(Udc)相當于第一供電電勢與第二供電電勢(VH，')之間的電勢差，其中為了求得校正因數(shù)而測量供電電壓，其中求得校正因數(shù)作為所述供電電壓(Udc)與所述第一供電電勢(Vh)同第二供電電勢(')之差之間的比例。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其中此外由所述第一電壓數(shù)據(jù)和第二電壓數(shù)據(jù)求得偏移量，其中在馬達端子上所測量的電壓能夠加載所述偏移量，以便獲得實際的端電壓。
4.一種用于確定當前的端電壓的方法，其具有如下步驟 一測量在馬達端子上的電壓，以便獲得電壓數(shù)據(jù)； 一由電壓數(shù)據(jù)以及由根據(jù)按權利要求I至3中任一項所述的方法求得的校正因數(shù)求得當前的端電壓。
5.用于校準電壓測量裝置、尤其是用于測量電機(2)用的驅動電路(3)的端電壓的設備，所述設備包括 一控制器(6)，構造所述控制器， 一以便針對第一測量觸發(fā)驅動電路(3)，從而使得限定的第一電勢、尤其是第一供電電勢施加到端子接頭上； 一以便針對第二測量觸發(fā)驅動電路(3)，從而使得限定的第二電勢、尤其是第二供電電勢施加到端子接頭上； 一處理電路(8)，以便修改通過端子接頭上的電勢所確定的電壓(Ul，U2)，從而獲得經過處理的端電壓(Ul_adc, U2_adc)； 一測量單元(11)， 一以便在第一測量中測量在施加限定的第一電勢時在馬達端子上的經過處理的端電壓(Ul_adc，U2_adc),以便獲得第一電壓數(shù)據(jù)； 一以便在第二測量中測量在施加限定的第二電勢時在馬達端子上的經過處理的端電壓(Ul_adc，U2_adc),以便獲得第二電壓數(shù)據(jù)； 其中構造所述控制器(6)，以便求得校正因數(shù)作為由第一電壓數(shù)據(jù)和第二電壓數(shù)據(jù)限定的直線的斜率，其中能夠通過校正因數(shù)在馬達端子上加載所測量的電壓，以便獲得實際的端電壓。
6.馬達系統(tǒng)，其具有電機(2)、控制器和根據(jù)權利要求5所述的設備。
7.計算機程序產品，其包含計算機程序，當所述計算機程序在數(shù)據(jù)處理單元上運行時，實施根據(jù)權利要求I至4中任一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于校準電壓測量裝置、尤其是用于測量電機(2)用的驅動電路(3)的端電壓的方法。其具有如下步驟切換所述驅動電路(3)，從而使得限定的第一電勢、尤其是第一供電電勢施加到端子接頭上；在施加限定的第一電勢時測量馬達端子上的電壓(U1，U2)，以便獲得第一電壓數(shù)據(jù)，其中在施加限定的第一電勢時第一電勢數(shù)據(jù)通過測量經處理電路(8)處理的電壓(U1_adc，U2_adc)來獲得，所述電壓通過尤其是在馬達端子上存在的電壓(U1，U2)的線性的映射而得出；切換所述驅動電路(3)，從而使得限定的第二電勢、尤其是第二供電電勢施加到端子接頭上；在施加第二電勢時測量馬達端子上的電壓(U1，U2)，以便獲得第二電壓數(shù)據(jù)，其中在施加限定的第二電勢時第二電勢數(shù)據(jù)通過測量經處理電路處理的電壓(U1_adc，U2_adc)來獲得，所述電壓通過尤其是在馬達端子上存在的電壓(U1，U2)的線性的映射而得出；求得校正因數(shù)作為由第一電壓數(shù)據(jù)和第二電壓數(shù)據(jù)限定的直線的斜率，其中在所述馬達端子上通過所述處理電路(8)測量的電壓能夠加載校正因數(shù)，以便獲得實際的端電壓。
文檔編號G01R15/04GK102656473SQ201080055465
公開日2012年9月5日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權日2009年12月8日
發(fā)明者弗里克 D. 申請人:羅伯特·博世有限公司