[发明专利]换向结构中的反向电流的检测方法和相关组件

说明书

本发明的目的在于用于检测向感性负载馈电的换向结构中的反向电流的方法，该换向结构具有至少一个开关并且连接到电源和接地，使得在控制阶段期间来自电源的电流根据给定的占空比向感性负载馈电，并且在续流阶段期间来自负载的感应电流逐渐降低，在先前的控制阶段中的高占空比之后的续流阶段期间易于产生反向电流，从而产生反电动势（fcem）。将fcem近似为与作为时间（t）的函数的占空比的积分（integ[占空比]）成比例，或者根据估计出的fcem来计算反向电流，或者建立电流反转判据。

技术领域

本发明涉及向感性负载馈电的换向结构中的反向电流的检测方法。包括至少一个功率开关并且被适配成根据占空比来驱动负载中的电流的换向结构一边连接到电源，并且另一边连接到地，以便控制感性负载。

本发明优选地、但并非限制性地应用于汽车领域。例如，本发明可以实现于包含诸如晶体管H桥之类的换向结构的电子电路中。在汽车工业中，这种电子电路可用于控制如例如电动机的感性负载中的电流的方向和/或强度。

背景技术

如例如电动机的感性负载的馈电通常使用换向结构，如H形开关桥，这不是对本发明的限制。

如图1所示，作为感性负载1的换向结构2的H桥包括四个功率开关HS1、HS2、HL1和HL2，即在正馈电Vps侧的两个“高侧”开关HS1、HS2以及负馈电或接地Mas侧的两个“低侧”开关LS1和LS2，正馈电例如是产生正馈电电压的电池组。每个开关通常包括功率MOS晶体管。感性负载1通过输出端s1和s2衔接到H桥。

通过换向电路递送到感性负载中的注入电流的量通常由用于控制这四个开关的一系列模拟控制信号来控制，所述模拟控制信号是基于整定控制信号产生的。整定控制信号和模拟控制信号通常是脉宽调制信号，也称为针对英语“Pulse Width Modulation”的首字母缩写词PWM。

借助于这种换向结构，能够在两个方向上驱动感性负载。还可以通过斩波（hachage）来控制感性负载，以操控流过感性负载的电流。

在激活时，感性负载中的这对力产生加速度，该加速度在电动机作为负载的情况下是有角度的，从而引起感性负载的有角度的或线性的运动。在该运动的作用下，感性负载产生与感性负载的角速度或线速度成比例的反电动势。因此，可通过电感、电阻和电压源来对感性负载建模，即与馈电电压相反的反电动势。

感性负载的控制由控制阶段和续流（roue libre）阶段构成，在控制阶段期间来自电源的电流根据给定的占空比向感性负载馈电，在续流阶段期间来自感性负载的感应电流排向大地。电流的流动方向和在感性负载中递送的电流的量取决于占空比和模拟控制信号的状态的各种组合。

在先前的控制阶段中的高占空比之后的续流阶段期间，在换向结构中易于产生反向电流，从而在感性负载中产生反电动势。

在续流阶段期间，也就是说当电动机的两个端子通过换向结构（例如H桥）连接时，馈电电压不再施加到电动机，并且唯一的电压源是所产生的反电动势。电动机的电感倾向于保持流过它的电流值，但是反电动势倾向于反转电流方向，并且如果其值够高且如果续流时间够长就确实会这样。

在死区时间阶段期间，电流方向相对于预期方向的这种反转在开关结构的二极管中产生电流回流。实际上，在换向结构中，当发生斩波时，避免控制同一侧的换向器，也就是说，再次参考图1，避免同时控制HS1和LS1或者HS2和LS2，相反，经历这两个换向器断开的阶段。这个阶段称为死区时间。图3a和3b再次呈现图1，其中比图1增补了每个换向晶体管的结构的二极管。在死区时间阶段期间，这些二极管为电流提供路径。在死区时间期间，当负载1施加从S1到S2的电流方向时，如图3a所示，输出端S1的电位略微为负，并且输出端S2的电位略高于电位Vps。在死区时间期间，当负载1相反地施加从S2到S1的电流方向时，如图3b所示，输出端S2的电位略微为负，并且输出端S1的电位略高于电位Vps。因此，当电流在反电动势的作用下反转时，可以预期略微负的电位并获得略高于Vps的电位，反之亦然。