监控时钟控制的负载回路的电性能的方法和用于执行该方法的电路设备

摘要

本发明涉及一种用于监控时钟控制的负载回路（100）的电性能的方法以及电路设备，其中负载回路具有至少一个欧姆部件和至少一个电感性部件，该方法具有如下步骤：确定至少一个第一控制信号和至少一个第二控制信号，其中控制信号被确定为使得在以第一控制信号驱动负载回路（100）时，负载回路（100）的电感性特性占优势，而在以第二控制信号驱动负载回路（100）时，负载回路（100）的欧姆特性占优势；在以第一控制信号驱动负载回路（100）时以及在以第二控制信号驱动负载回路（100）时，分别检测与控制信号和所述一个/多个欧姆部件和/或电感性部件相关的测量量中的至少一个；确定所述测量量与基于电感性和欧姆部件的标称值所期望的测量量的偏差；根据所确定的偏差对负载回路（100）的状态进行分类。

说明书

技术领域

本发明描述了一种用于监控时钟控制的负载回路的电性能的方法和一种用于执行该方法的电路设备。

背景技术

在时钟控制的负载回路中通常存在对各个电路部件就其电性能并且由此就其运行能力（Funktionsfaehigkeit）方面进行监控的必要性。在此常用的是，对各个部件、譬如开关或者负载部件彼此分离地进行监控。该方法方式导致：分别仅对整个负载回路的电性能的部分方面进行监控，而由此不能或至少非常费事地监控整个负载回路的电性能以及基于此的故障分析。

发明内容

本发明通过提供一种用于监控时钟控制的负载回路的电性能的方法来克服上面所描述的问题，其中负载回路具有至少一个欧姆部件和至少一个电感性部件，该方法具有如下步骤：确定至少一个第一控制信号和至少一个第二控制信号，其中控制信号被确定为使得在以第一控制信号驱动负载回路时，负载回路的电感性特性占优势，而在以第二控制信号驱动负载回路时，负载回路的欧姆特性占优势；在以第一控制信号驱动负载回路时以及在以第二控制信号驱动负载回路时分别检测与控制信号和所述一个/多个欧姆和/或电感性部件相关的测量量中的至少一个；确定所述测量量与基于电感性和欧姆部件的标称值所期望的测量量的偏差；借助所确定的偏差对负载回路的状态进行分类。

根据本发明的方法和根据本发明的电路设备具有如下优点：整个负载回路的欧姆性能和/或电感性性能被完整地分析，并且由此可以非常可靠地发表关于整个负载回路的运行能力的见解以及必要时发表关于故障源的见解。

优选地，为了检测测量量，使用了积分测量方法，如在较早的德国专利申请DE 10 2008 04 09 31中所描述的那样。尤其是，在控制信号的脉冲持续时间短时，该测量方法提供了非常精确的结果。

此外有利的是，根据本发明的方法不仅可以被用于在负载回路开始运转之前的初始测试而且可以被用于监控在连续运行中的负载回路。

根据本发明的有利的实施形式，控制信号被确定为使得避免负载回路的机械激活。这在目前所使用的方法的情况下由于为此所需的控制脉冲的长度而会不能被保证，以致常常会发生对负载部件的不想要的激活，即例如发生电动机的起动或者阀的打开/闭合。

本发明的实施形式的其他特征和优点从以下参照所附的附图的描述中得到。

附图说明

图1示出了用于执行根据本发明的方法的电路设备的示意图，

图2示出了测量量的与时间相关的变化曲线，

图3示出了测量量的与脉冲持续时间相关的变化曲线，

图4示出了测量量的与脉冲持续时间和欧姆性能以及电感性性能相关的变化曲线，

图5示出了根据本发明的方法的流程的示意图。

具体实施方式

在图1中示出了根据本发明的方法可应用于其上的负载回路的主要元件，以及示出了用于执行根据本发明的方法的测量单元。负载回路100包括可控制的开关装置101、电感性负载102和测量装置103（在最简单的情况下为欧姆电阻（分流电阻）的形式）的串联电路。开关装置101的端子被连接到供电电压UB上。测量装置103的端子与地连接。测量装置103被表示为欧姆电阻，但是也可以仅仅通过具有已知的电阻值的印制导线段来实现。开关装置101由控制设备104加载有时钟控制的脉宽调制过的控制信号，并且用于控制经过负载回路100的通过电流，而且因此也控制经过电感性负载102的通过电流。测量单元105可以检测与控制信号以及负载回路100的欧姆部件和电感性部件相关的测量量中的一个或多个。测量量例如可以是测量装置103中的电流、负载102上的电压、开关装置101上的电压降和/或供电电压UB。

这样的负载回路100例如在控制电磁阀时出现。开关装置101接着通常被实施为半导体开关，电感性负载102被实施为用于控制电磁阀的电磁线圈，而测量装置103被实施为精密电阻。同样，在控制直流电动机时出现这样的负载回路。在此，开关装置101例如被构造为半导体开关。例如用于驱动液压泵的直流电动机是负载102，并且具有已知的电阻的印制导线段用作测量装置103。

根据本发明的方法在下文中示例性地借助测量装置103中的电流作为测量量来描述，但是类似地也可以被应用于所有其他与控制信号以及负载回路的欧姆性能和电感性性能相关的测量量。

在图2中示意性地示出了在如下负载回路中的电流的典型变化曲线：该负载回路仅由电感L和欧姆电阻R构成。在接通时刻T0之后，电流I首先延迟地升高，这归因于电感L，以便最后达到通过欧姆电阻R的值来确定的饱和值。因此，在具有短脉冲持续时间τ_L的控制脉冲的情况下，负载回路的电感性特性占优势，而在具有较长的脉冲持续时间τ_R的控制脉冲的情况下，负载回路的欧姆特性占优势。

根据本发明，现在为了监控负载回路100的电性能在步骤S 501（参见图5）确定至少两个控制信号，使得第一控制信号具有频率和占空比，以致由负载回路100的电感性部件对在负载回路100中的通过电流产生影响，并且第二控制信号具有频率和占空比，以致由负载回路100的欧姆部件对在负载回路100中的通过电流产生影响。频率和占空比在此根据负载回路100的各个部件的标称值来确定。

在此，控制信号也可以被确定为使得避免负载回路100的机械激活，这在许多应用情况下被期望。这样，例如在检查具有电动机作为负载部件的负载回路时应绝对避免电机的不想要的起动。同样，也不期望由于检查而引起电磁阀的不想要的打开或者闭合。

尤其是，在时钟控制的负载回路中利用短的驱动脉冲测量相关的测量量是困难的且费事的。因此，在步骤S 502（参见图5），为了检测测量量而有利地采用积分测量方法，如在较早的申请DE 10 2008 04 09 31中所描述的那样。

在下文中借助积分测量方法来描述根据本发明的方法，但是根据本发明的方法也可以类似地被应用于对测量量的直接测量中。

不仅负载回路100的电感性部件而且负载回路100的欧姆部件都具有所谓的标称值L₀或R₀。如果以始终不变的电压为前提，则得到作为负载回路100的电感性部件的标称值L₀、负载回路100的欧姆部件的标称值R₀以及控制信号的脉冲持续时间τ的函数F的关于测量装置103中的电流的电流积分∫Idt。因此，确定了电流积分的理论变化曲线（Sollverlauf）（图3）。由所使用的电部件的性能以及环境条件、譬如温度所决定地，得到了围绕理论变化曲线的公差范围，允许起作用的负载回路100的电流积分∫Idt的值在该公差范围中移动。如果测量量在该公差范围之外，则负载回路100可被分类为没有运行能力的或者仅有限地有运行能力的。

现在，如果两个控制信号（如根据本发明所设置的那样）被确定为使得：针对第一控制信号，负载回路100的电感性特性占优势，而针对第二控制信号，负载回路的欧姆特性占优势，则电流积分∫Idt根据脉冲持续时间τ的变化曲线被分成两个部分区域。

在图4中示意性地示出了用于纯电感性负载回路的第一电流积分。如果又以始终不变的电压为前提，则得到了作为函数F1（L₀，τ）的第一电流积分∫Idt，该函数F1（L₀，τ）仅仅还与负载回路的电感性部件的标称值L₀和控制信号的脉冲持续时间τ相关。此外，示出了针对纯欧姆负载回路的第二电流积分，该第二电流积分在电压恒定的前提条件下作为函数F2（R₀，τ）仅仅还与负载回路的欧姆部件的标称值R₀和控制信号的脉冲持续时间τ相关。测量量的基于负载回路的电感性部件和欧姆部件的标称值的理论变化曲线最后被用于进行分类。当然也针对这些理论变化曲线，基于所使用的电部件的性能和环境影响、诸如温度得到公差范围（此处未示出），允许有运行能力的负载回路100的测量量在所述公差范围中移动。然而，如果所测量的值在该公差范围之外，则负载回路100可以被分类为没有运行能力的或者仅有限地有运行能力的。

为了进行分类，首先在步骤S 503（参见图5）确定了测量量与基于部件的标称值所确定的理论变化曲线的偏差，也就是说，一方面确定了第一测量量与第一电流积分∫Idt=F1（L₀，τ）的偏差，以及另一方面确定了第二测量量与第二电流积分∫Idt=F2（R₀，τ）的偏差。根据这些偏差紧接着在步骤S 504（参见图5）对运行能力和有利地必要时也对故障源进行分类。

该分类例如可以通过分类表、决策矩阵、特性曲线族或者也通过决策树来实现。根据表、矩阵、特性曲线族或者树的详细程度，由此也可能进行非常详细的故障诊断。例如，如果所测量的电流积分在电感性地发生影响的范围中强烈偏离电感L₀的标称地期望的电流积分，则这指示电感性负载102中的线圈间短路（例如电机短路或者阀线圈短路）。而如果所测量的电流积分在欧姆地发生影响的范围中具有与电阻R₀的标称地期望的电流积分的强烈偏差，则这指示开关装置101的击穿（Durchlegieren）。根据本发明的方法在组合不仅与所期望的电感性特性而且与所期望的欧姆特性的偏差时提供了特别的优点。以这种方式，也可以识别出如下故障：所述故障不能通过分析各个测量量被检测到。这样，例如电感性负载102（例如直流电动机）的相对高欧姆的分流一方面导致了欧姆电阻的降低而另一方面也导致了电感的降低。仅通过同时观察和分析与期望的标称值的两个偏差就能识别出这样的故障。

根据本发明的方法不仅可以用作在负载回路100开始运转之前的初始测试而且可以用作对连续运行中的负载回路100的持续监控。

针对初始测试，在此，第一控制信号有利地被确定为具有相对高的频率和相对小的脉冲持续时间的信号。第二控制信号被确定为具有相对低的频率、但是具有比较大的、优选地为中等的脉冲宽度的信号。

而对于连续运行中的负载回路100的持续监控，有利地在占空比始终不变的情况下周期地改变控制信号的频率。