DE102016203421A1 - Method and arrangement for overcurrent protection of an electronic switch - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überstromschutz eines elektronischen Schalters, insbesondere eines Transistors, wobei eine elektrische Größe des Schalters von einer Messeinheit bestimmt und mit einem Schwellwert verglichen wird, wobei von der Messeinheit ein Signal erzeugt und als Eingangssignal an ein Signalverarbeitungsmodul (200) übermittelt wird, wenn die elektrische Größe den Schwellwert erreicht, wobei ein globales Zeit-Management-Modul mit einer Routing-Einheit (240), einem Eingangsmodul (210), einem Mehrkanal-Sequenzer-Modul (220) und einem Ausgangsmodul (230) als Signalverarbeitungsmodul (200) verwendet wird, wobei das Eingangsmodul (210) über die Routing-Einheit (240) mit dem Mehrkanal-Sequenzer-Modul (220) datenübertragend verbunden ist und wobei das Mehrkanal-Sequenzer-Modul (220) über die Routing-Einheit (240) mit dem Ausgangsmodul (230) datenübertragend verbunden ist, wobei die Routing-Einheit (240) eine Datenübertragung der einzelnen mit ihr datenübertragend verbundenen Module (210, 220, 230) nacheinander in einer festgelegten Reihenfolge erlaubt, wobei das Eingangssignal von dem Eingangsmodul (210) empfangen wird und wobei daraufhin eine Empfangsinformation von dem Eingangsmodul (210) über die Routing-Einheit (240) an das Mehrkanal-Sequenzer-Modul (220) weitergeleitet wird (211), wobei von dem Mehrkanal-Sequenzer-Modul (220) in Abhängigkeit von der Empfangsinformation eine Ausgabeinformation erzeugt und über die Routing-Einheit (240) an das Ausgangsmodul (230) weitergeleitet wird (221), wobei das Ausgangsmodul (230) in Abhängigkeit von der Ausgabeinformation ein Ausgangssignal ausgibt, wodurch der Schalter angesteuert wird und eine Schutzmaßnahme zum Überstromschutz des Schalters durchgeführt wird.The invention relates to a method for overcurrent protection of an electronic switch, in particular a transistor, wherein an electrical size of the switch is determined by a measuring unit and compared with a threshold, wherein the measuring unit generates a signal and is transmitted as an input signal to a signal processing module (200) when the electrical quantity reaches the threshold, wherein a global time management module with a routing unit (240), an input module (210), a multi-channel sequencer module (220) and an output module (230) as a signal processing module ( 200), the input module (210) being communicatively coupled to the multi-channel sequencer module (220) via the routing unit (240), and wherein the multi-channel sequencer module (220) is routed via the routing unit (240 ) is data transmitting connected to the output module (230), wherein the routing unit (240) data transmission of the individual with her data orderly connected modules (210, 220, 230) one after the other in a predetermined order, the input signal being received by the input module (210) and then receiving information from the input module (210) via the routing unit (240) to the multichannel 211), output information being generated by the multi-channel sequencer module (220) in response to the receive information and forwarded to the output module (230) via the routing unit (240) ( 221), wherein the output module (230) outputs an output signal in response to the output information, whereby the switch is driven and a protective measure for overcurrent protection of the switch is performed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Überstromschutz eines elektronischen Schalters, z.B. in einem Kraftfahrzeug, sowie ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method and an arrangement for overcurrent protection of an electronic switch, e.g. in a motor vehicle, and a computer program for its implementation.
Stand der TechnikState of the art
In Kraftfahrzeugen werden zumeist Transistoren wie Bipolar-Transistoren oder MOSFET-Transistoren (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) als Schalter verwendet, um Lasten wie Ventile, Injektoren oder Aktoren anzusteuern. Die Ansteuerung derartiger Schalter erfolgt zumeist über einen Mikrocontroller bzw. ein Steuergerät. Für den fehlerfreien Betrieb von Kraftfahrzeugen ist es von großer Bedeutung, derartige Schalter gegen Überstrom und damit verursachte Defekte zu schützen.In motor vehicles mostly transistors such as bipolar transistors or MOSFET transistors (metal oxide semiconductor field effect transistor) are used as switches to control loads such as valves, injectors or actuators. The control of such switches is usually via a microcontroller or a controller. For the fault-free operation of motor vehicles, it is of great importance to protect such switches against overcurrent and thus caused defects.
Beispielsweise ist aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Anordnung zum Überstromschutz eines elektronischen Schalters, insbesondere Halbleiterschalters, (z.B. in einem Kraftfahrzeug) sowie ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method and an arrangement for overcurrent protection of an electronic switch, in particular a semiconductor switch, (for example in a motor vehicle) and a computer program for carrying it out with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Die Anordnung zum Überstromschutz ist, insbesondere hardware- und/oder programmtechnisch, dazu eingerichtet, eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Ausgestaltungen dieses Verfahrens sowie dieser Anordnung zum Überstromschutz ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in analoger Art und Weise.The arrangement for overcurrent protection is, in particular hardware and / or program technology, configured to perform a preferred embodiment of the method according to the invention. Embodiments of this method and this arrangement for overcurrent protection will become apparent from the following description in an analogous manner.
Zweckmäßigerweise wird ein Transistor, insbesondere ein Bipolar-Transistor oder MOSFET-Transistor, als elektronischer Schalter verwendet und im Rahmen der Erfindung vor Überstrom geschützt. Mittels des Schalters wird im Betrieb insbesondere eine Last angesteuert, am Beispiel eines Kraftfahrzeugs beispielsweise ein Ventil, ein Injektor oder ein Aktor. Insbesondere wird der elektronische Schalter von einem Mikrocontroller angesteuert, d.h. ein- und ausgeschaltet. Der Mikrocontroller kann in ein Steuergerät (des Kraftfahrzeugs) integriert sein, beispielsweise in einem Motorsteuergerät. Conveniently, a transistor, in particular a bipolar transistor or MOSFET transistor, used as an electronic switch and protected in the invention from overcurrent. By means of the switch, in particular a load is actuated during operation, for example a motor vehicle, for example a valve, an injector or an actuator. In particular, the electronic switch is driven by a microcontroller, i. switched on and off. The microcontroller can be integrated in a control unit (of the motor vehicle), for example in an engine control unit.
Kern der Erfindung ist es, ein sogenanntes globales Zeit-Management-Modul als Signalverarbeitungsmodul zum Überstromschutz des insbesondere als Transistor ausgebildeten Schalters zu verwenden. Ein derartiges globales Zeit-Management-Modul wird unter der Bezeichnung "Global Timer Module" oder "Generic Timer Module" (GTM) von der Anmelderin vertrieben. Unter einem derartigen globalen Zeit-Management-Modul (im Folgenden auch als GTM bezeichnet) ist insbesondere ein Timer-Modul bzw. Zeit-Management-Modul zu verstehen, mittels welchem eine Signalverarbeitung sowohl hardware-basiert als auch software-basiert durchgeführt werden kann.The core of the invention is to use a so-called global time management module as a signal processing module for overcurrent protection of the particular designed as a transistor switch. Such a global time management module is sold under the name "Global Timer Module" or "Generic Timer Module" (GTM) by the applicant. Under such a global time management module (hereinafter also referred to as GTM) is in particular a timer module or time management module to understand, by means of which a signal processing can be performed both hardware-based and software-based.
Zum Verarbeiten eines Eingangssignals weist das GTM spezielle Hardware-Module sowie Rechen- bzw. Prozessorkerne auf, beispielsweise sogenannte RISC-Kerne (Reduced Instruction Set Computing) und/oder programmierbare Zustandsmaschinen. Das im Rahmen der Erfindung verwendete GTM-Modul umfasst wenigstens folgende Hardware-Module: eine Routing-Einheit (Advanced Routing Unit, ARU), ein Eingangsmodul (sog. Timer Input Module, TIM), ein Mehrkanal-Sequenzer-Modul (sog. Multi Channel Sequencer, MCS) und ein Ausgangsmodul (sog. Advanced Timer Output Module, ATOM). Eingangsmodul TIM und Mehrkanal-Sequenzer-Modul MCS sind einerseits über die Routing-Einheit datenübertragend miteinander verbunden und andererseits sind das Mehrkanal-Sequenzer-Modul MCS und das Ausgangsmodul ATOM über die Routing-Einheit ebenfalls datenübertragend verbunden.For processing an input signal, the GTM includes special hardware modules as well as computational cores, for example so called Reduced Instruction Set Computing (RISC) cores and / or programmable state machines. The GTM module used in the context of the invention comprises at least the following hardware modules: a routing unit (Advanced Routing Unit, ARU), an input module (so-called Timer Input Module, TIM), a multi-channel sequencer module (so-called multi Channel Sequencer, MCS) and an output module (so-called Advanced Timer Output Module, ATOM). Input module TIM and multi-channel sequencer module MCS are connected on the one hand via the routing unit data transmitting to each other and on the other hand, the multichannel sequencer module MCS and the output module ATOM are also connected data transmitting via the routing unit.
Das Eingangsmodul TIM ist insbesondere als ein Modul zum Empfangen von Signalen vorgesehen. Beispielsweise kann das TIM zu diesem Zweck mit einem Eingangs- oder Feedback-Pin des Signalverarbeitungsmoduls verbunden sein.The input module TIM is provided in particular as a module for receiving signals. For example, the TIM may be connected to an input or feedback pin of the signal processing module for this purpose.
Das Ausgangsmodul ATOM ist zweckmäßigerweise als ein Modul zum Aussenden von Signalen vorgesehen. Insbesondere kann der elektronische Schalter durch die ausgesendeten Signale entsprechend angesteuert werden. Das ATOM weist zweckmäßigerweise einen Ausgangs-Pin auf, über welchen die entsprechenden Signale an mit dem GTM verbundene Komponenten ausgesendet werden können.The output module ATOM is expediently provided as a module for emitting signals. In particular, the electronic switch can be controlled by the emitted signals accordingly. The ATOM expediently has an output pin via which the corresponding signals can be transmitted to components connected to the GTM.
Das Mehrkanal-Sequenzer-Modul MCS ist insbesondere als ein Datenverarbeitungsmodul vorgesehen, welches Informationen von dem Eingangsmodul TIM weiterverarbeitet und entsprechende Ergebnisse an das ATOM weiterleitet. Insbesondere kann das MCS zu diesem Zweck Prozessorkerne aufweisen, zweckmäßigerweise RISC-Kerne, sowie Speichereinheiten wie RAM- oder Flash-Speicher. Durch den modularen Aufbau des GTM hat das Mehrkanal-Sequenzer-Modul MCS insbesondere keine direkte Verbindung zu dem Eingangs- bzw. Ausgangs-Pin. Eingangs- bzw. Ausgangsmodul dienen jeweils als Vermittler zwischen den Pins und dem MCS.The multi-channel sequencer module MCS is provided, in particular, as a data processing module, which processes information from the input module TIM and forwards corresponding results to the ATOM. In particular, the MCS may for this purpose have cores, conveniently RISC cores, as well Storage devices such as RAM or flash memory. Due to the modular design of the GTM, the multi-channel sequencer module MCS has no direct connection to the input or output pin. Input and output modules each serve as an intermediary between the pins and the MCS.
Die Routing-Einheit ARU ist für die Kommunikation bzw. Datenübertragung der einzelnen Module des GTM untereinander vorgesehen. Zu diesem Zweck führt die Routing-Einheit ARU eine Arbitrierung der mit ihr datenübertragend verbundenen Module durch, also des Eingangsmoduls TIM, des Mehrkanal-Sequenzer-Moduls MCS und des Ausgangsmodul ATOM. Im Zuge dieser Arbitrierung verwaltet die Routing-Einheit ARU, wann die einzelnen Module miteinander kommunizieren und Daten austauschen dürfen. Zweckmäßigerweise erlaubt die Routing-Einheit eine Datenübertragung der einzelnen mit ihr verbundenen Module nacheinander in einer festgelegten Reihenfolge. Durch die Routing-Einheit ARU werden die einzelnen Module des GTM flexibel und konfigurierbar miteinander verbunden und eine parallele Arbeitsweise der einzelnen Module des GTM wird erreicht, wodurch eine hohe Anzahl von Anforderungen innerhalb kurzer Zeit bedient werden kann. Insbesondere kann durch die von der ARU durchgeführte Arbitrierung eine deterministische Kommunikation der einzelnen Module mit einer maximalen Latenzzeit für die Übertragung von Nachrichten gewährleistet werden.The routing unit ARU is provided for the communication or data transmission of the individual modules of the GTM with each other. For this purpose, the routing unit ARU carries out an arbitration of the modules connected to it with data transmission, that is to say of the input module TIM, of the multichannel sequencer module MCS and of the output module ATOM. In the course of this arbitration, the routing unit ARU manages when the individual modules can communicate with each other and exchange data. The routing unit expediently permits a data transmission of the individual modules connected to it in succession in a defined sequence. By means of the routing unit ARU, the individual modules of the GTM are flexibly and configurably connected to one another and a parallel mode of operation of the individual modules of the GTM is achieved, whereby a high number of requirements can be served within a short time. In particular, the arbitration performed by the ARU can ensure deterministic communication of the individual modules with a maximum latency for the transmission of messages.
Zu einer detaillierteren Erläuterung eines globalen Zeit-Management-Moduls GTM sei an dieser Stelle auf die Offenlegungsschrift
Im Rahmen des Verfahrens wird eine elektrische Größe des Schalters von einer Messeinheit bestimmt und mit einem Schwellwert verglichen. Wenn die elektrische Größe den Schwellwert erreicht oder überschreitet, wird von der Messeinheit ein Signal erzeugt und an das als globales Zeit-Management-Modul GTM ausgebildete Signalverarbeitungsmodul als Eingangssignal übermittelt. Die Messeinheit kann vorzugsweise als ein Komparator bzw. Vergleichsglied ausgebildet sein.As part of the method, an electrical size of the switch is determined by a measuring unit and compared with a threshold value. When the electrical quantity reaches or exceeds the threshold value, a signal is generated by the measuring unit and transmitted to the signal processing module designed as a global time management module GTM as an input signal. The measuring unit may preferably be designed as a comparator or comparator.
Das Eingangssignal wird in dem Signalverarbeitungsmodul von dem Eingangsmodul empfangen, daraufhin wird von dem Eingangsmodul eine Empfangsinformation erzeugt und über die Routing-Einheit ARU an das Mehrkanal-Sequenzer-Modul weitergeleitet. Insbesondere wird das Eingangssignal an den Eingangs- bzw. Feedback-Pin des Signalverarbeitungsmoduls übermittelt, welcher von dem Eingangsmodul TIM überwacht wird. Beispielsweise wenn eine steigende Flanke an dem Eingangs-Pin anliegt, wird in dem TIM ein entsprechendes Ereignis generiert und die entsprechende Empfangsinformation wird erzeugt und über die Routing-Einheit ARU an das Mehrkanal-Sequenzer-Modul MCS weitergeleitet.The input signal is received in the signal processing module from the input module, then a receive information is generated by the input module and forwarded via the routing unit ARU to the multi-channel sequencer module. In particular, the input signal is transmitted to the input or feedback pin of the signal processing module, which is monitored by the input module TIM. For example, when a rising edge is applied to the input pin, a corresponding event is generated in the TIM and the corresponding receive information is generated and forwarded via the routing unit ARU to the multi-channel sequencer module MCS.
Von dem Mehrkanal-Sequenzer-Modul MCS wird eine Ausgabeinformation in Abhängigkeit von der Empfangsinformation erzeugt und über die Routing-Einheit ARU an das Ausgangsmodul ATOM weitergeleitet. Zu diesem Zweck können von dem MCS Prozess ausgeführt werden, insbesondere hardware- und/oder software-basiert, welche die Ausgabeinformation erzeugt und in einen Speicher des MCS, insbesondere in einen RAM-Speicher, schreibt. Output information is generated by the multi-channel sequencer module MCS in dependence on the received information and forwarded via the routing unit ARU to the output module ATOM. For this purpose can be performed by the MCS process, in particular hardware and / or software-based, which generates the output information and writes in a memory of the MCS, in particular in a RAM memory.
In Abhängigkeit von der Ausgabeinformation erzeugt das Ausgangsmodul ATOM ein Ausgangssignal, wodurch der Schalter angesteuert wird und eine Schutzmaßnahme zum Überstromschutz des Schalters durchgeführt wird. Vorteilhafterweise wird der Schalter als Schutzmaßnahme abgeschaltet, um diesen effektiv vor einem Überstrom zu schützen. Das Ausgangssignal wird zweckmäßigerweise an dem mit dem ATOM verbundenen Ausgangs-Pin angelegt.In response to the output information, the output module ATOM generates an output signal, whereby the switch is driven and a protective measure for overcurrent protection of the switch is performed. Advantageously, the switch is turned off as a protective measure to effectively protect it from overcurrent. The output signal is conveniently applied to the output pin connected to the ATOM.
Insbesondere ist es für den Überstromschutz im Rahmen der Erfindung nicht notwendig, Interrupts zu verwenden. Für herkömmliche Überstromschutzmaßnahmen werden hingegen zumeist Interrupts an eine Prozessoreinheit eines Mikrocontrollers ausgesendet, welcher zur Ansteuerung des Schalters vorgesehen ist. Die Abarbeitung derartiger Interrupts von der Prozessoreinheit ist im Allgemeinen jedoch nicht deterministisch, weswegen im Zuge herkömmlicher Überstromschutzmaßnahmen nicht oder kaum gewährleistet werden kann, dass eine entsprechende Gegenmaßnahme in Echtzeit bzw. innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls durchgeführt werden kann.In particular, it is not necessary for the overcurrent protection in the context of the invention to use interrupts. On the other hand, for conventional overcurrent protection measures, interrupts are usually sent to a processor unit of a microcontroller, which is provided to control the switch. However, the processing of such interrupts by the processor unit is generally not deterministic, which is why in the course of conventional overcurrent protection measures it can hardly be ensured that a corresponding countermeasure can be performed in real time or within a predetermined time interval.
Im Gegensatz dazu kann durch die Verwendung des GTM zum Überstromschutz des Schalters insbesondere gewährleistet werden, dass innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls auf eine Überspannung bzw. einen Überstrom reagiert wird und dass die entsprechende Schutzmaßnahme durchgeführt wird. Insbesondere kann die Gegenmaßnahme 10 µs nach Detektieren eines Überstroms durchgeführt werden. Da durch die von der Routing-Einheit ARU durchgeführte Arbitrierung eine deterministische Kommunikation der einzelnen Module des GTM mit einer maximalen Latenzzeit gewährleistet werden kann, kann eine maximale Reaktionszeit zwischen Detektieren des Eingangssignals am TIM und dem Anliegen des Ausgangssignals am ATOM gewährleistet werden, insbesondere zwischen dem Erzeugen des Ereignisses am Eingangs-Pin und Anliegen des Ausgangssignals am Ausgangs-Pin.In contrast, by using the GTM for overcurrent protection of the switch, in particular, it can be ensured that an overvoltage or an overcurrent is reacted within a predetermined time interval and that the corresponding protective measure is carried out. In particular, the countermeasure can be performed 10 μs after detecting an overcurrent. Since deterministic communication of the individual modules of the GTM with maximum latency can be ensured by the arbitration performed by the routing unit ARU, a maximum reaction time between detecting the input signal at the TIM and the output signal at the ATOM can be guaranteed, in particular between the Generating the event at the input pin and applying the output signal to the output pin.
Weiterhin kann der Mikrocontroller durch die Verwendung des globalen Zeit-Management-Moduls entlastet werden. Durch den modularen Aufbau des GTM kann eine hohe Flexibilität erreicht werden. Insbesondere kann die spezielle Konfiguration der Hardware-Module eines GTM an die jeweiligen Anforderungen bzw. an die vom GTM durchzuführenden Operationen angepasst werden. Das GTM kann somit die jeweiligen zum Überstromschutz notwendigen Operationen durchführen, ohne dafür Interrupts an eine Prozessoreinheit des Mikrocontrollers auszusenden. Furthermore, the microcontroller can be relieved by the use of the global time management module. Thanks to the modular design of the GTM, a high degree of flexibility can be achieved. In particular, the specific configuration of the hardware modules of a GTM can be adapted to the respective requirements or to the operations to be performed by the GTM. The GTM can thus carry out the respective operations necessary for the overcurrent protection, without sending out interrupts to a processor unit of the microcontroller.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für diskrete Endstufen im Kraftfahrzeug und vermeidet eine Zerstörung derartiger Endstufen bei einem Kurzschluss. Insbesondere eignet sich die Erfindung für Einzelschalter zur Ansteuerung von Lasten, welche nicht über integrierte Endstufen gesteuert werden können. Insbesondere können einfache Standardschalter, zweckmäßigerweise Standardtransistoren, als Endstufe bzw. als Endstufentransistor verwendet werden, ohne aufwendige Schutzschaltungen zum Überstromschutz implementieren zu müssen.The invention is particularly suitable for discrete power amplifiers in the motor vehicle and avoids destruction of such amplifiers in the event of a short circuit. In particular, the invention is suitable for single switch for driving loads, which can not be controlled via integrated power amplifiers. In particular, simple standard switches, suitably standard transistors, can be used as output stage or as output stage transistor, without having to implement complex protective circuits for overcurrent protection.
Der Schwellwert der elektrischen Größe charakterisiert insbesondere einen (unteren) Grenzwert für den Laststrom durch den Schalter, welcher einem Überstrom entspricht und ab welchem der Schalter Schaden nehmen kann. Beispielsweise kann der Grenzwert 50 mA betragen. Bei Strömen oberhalb dieses Grenzwerts wird insbesondere die Schutzmaßnahme durchgeführt und der Schalter wird bevorzugt abgeschaltet. Unterhalb dieses Schwellwerts müssen nicht unbedingt besondere Maßnahmen durchgeführt werden. Es kann hier (z.B. als Workaround bzw. Ersatzmaßnahme) ausreichen, nur die Auswirkungen des Kurzschlusses zu begrenzen. Der Schalter kann zu diesem Zweck beispielsweise verwendet werden, um den Kurzschlussstrom zu begrenzen, beispielsweise indem ein als Transistor ausgebildeter Schalter über einen Widerstand als analoge Stromquelle bzw. Konstantstromquelle den Kurzschlussstrom begrenzt.The threshold value of the electrical quantity particularly characterizes a (lower) limit value for the load current through the switch, which corresponds to an overcurrent and from which the switch can be damaged. For example, the limit may be 50 mA. For currents above this limit, in particular, the protective measure is carried out and the switch is preferably switched off. Below this threshold, special measures need not necessarily be taken. It may be sufficient here (for example as a workaround or substitute measure) to limit only the effects of the short circuit. The switch can be used for this purpose, for example, to limit the short-circuit current, for example, by a designed as a transistor switch via a resistor as an analog current source or constant current source limits the short-circuit current.
Zweckmäßigerweise kann das GTM als ein Modul innerhalb des Mikrocontrollers verwendet werden, wodurch die CPU des Mikrocontrollers von schnellen und komplexen Echtzeit-Steuerfunktionen entlastet werden kann, welche durch parallel arbeitende Hardwareeinheiten des GTMs ausgeführt werden können. Das GTM ist somit für einfache und komplexe Timer-Eingaben und Timer-Ausgaben verantwortlich.Conveniently, the GTM may be used as a module within the microcontroller, whereby the CPU of the microcontroller may be relieved of fast and complex real-time control functions that may be performed by parallel operating hardware units of the GTM. The GTM is thus responsible for simple and complex timer inputs and timer outputs.
Ein GTM zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass Funktionalitäten, Datenverarbeitung, Prozesse bzw. Rechenoperationen hardwarebasiert bzw. auf Hardwareebene ausgeführt werden können, durch die Verwendung und spezielle Verschaltung von Hardwarebausteinen, und nicht nur durch ausgeführte Software bzw. Mikrocode. Zu diesem Zweck weist das GTM insbesondere RISC-Kerne (Reduced Instruction Set Computing) und/oder programmierbare Zustandsmaschine auf, um bestimmte Funktionalitäten hardwarebasiert auszuführen.A GTM is characterized in particular by the fact that functionalities, data processing, processes or arithmetic operations can be hardware-based or executed at hardware level, by the use and special interconnection of hardware components, and not only by running software or microcode. For this purpose, the GTM has in particular Reduced Instruction Set Computing (RISC) cores and / or programmable state machine to perform certain functionalities hardware-based.
Programmierbare Zustandsmaschinen können parallel arbeiten, ohne dabei die Auslastung (Load) von Prozessorkernen des Mikrocontrollers zu beeinflussen. Eine Zustandsmaschine stellt ein sequentielles System dar, welches in einer vorbestimmten Reihenfolge bestimmte Zustände durchläuft. Zu diesem Zweck weist eine Zustandsmaschine insbesondere Speicher und kombinatorische Logik auf, insbesondere zum Erfassen von Eingaben bzw. Eingangsbedingungen und Erstellen von Ausgaben. Mittels der kombinatorischen Logik wird der nächste Zustand der Zustandsmaschine bestimmt, insbesondere in Abhängigkeit von dem aktuellen Zustand und erfassten Eingaben. Als kombinatorische Logik können programmierbare (und löschbare) logische Einrichtungen (PLD) verwendet werden, beispielsweise basierend auf der Verwendung von EPROM oder EEPROM-Speichern. Somit kann auf einem einzelnen Chip einer großen Anzahl von logischen Funktionen implementiert werden.Programmable state machines can operate in parallel without affecting the load of processor cores of the microcontroller. A state machine is a sequential system that traverses certain states in a predetermined order. For this purpose, a state machine has in particular memory and combinatorial logic, in particular for detecting inputs or input conditions and generating outputs. By means of the combinational logic, the next state of the state machine is determined, in particular depending on the current state and detected inputs. As combinatorial logic, programmable (and erasable) logic devices (PLD) may be used, for example, based on the use of EPROM or EEPROM memories. Thus, a large number of logical functions can be implemented on a single chip.
RISC-Kerne werden insbesondere für Datenverarbeitung und die Erzeugung von komplexen Ausgabesequenzen verwendet. RISC-Kerne sind spezielle designte Prozessorkerne, für welche ein vereinfachter Befehlssatz verwendet wird und deren Hardwarearchitektur auf diesen Befehlssatz derart angepasst ist, dass die einzelnen Befehle des Befehlssatzes mit hoher Leistungsfähigkeit schnell ausgeführt werden können. Zumeist wird für die Ausführung eines Befehls nur ein Takt benötigt. Somit wird eine hohe Taktfrequenz ermöglicht.RISC cores are used in particular for data processing and the generation of complex output sequences. RISC cores are specially designed processor cores for which a simplified instruction set is used and whose hardware architecture is adapted to this instruction set so that the individual instructions of the instruction set can be executed quickly with high performance. In most cases, only one clock is required to execute a command. Thus, a high clock frequency is possible.
Durch die Verwendung derartiger RISC-Kerne und/oder programmierbarer Zustandsmaschinen wird eine effektive, parallele Datenverarbeitung ermöglicht, insbesondere durch die Verwendung einer Vielzahl von autarken RISC-Kernen, welche über die ARU direkt auf TIM und ATOM zugreifen können. Durch die Arbitrierung der mit der ARU verbundenen Module und durch eine definierte, festgelegte Umlaufzeit der ARU sowie durch die determinierte Programmabarbeitung im MCS kann die deterministische Architektur des GTM gewährleistet werden. The use of such RISC cores and / or programmable state machines enables effective, parallel data processing, in particular through the use of a plurality of self-sufficient RISC cores, which can access TIM and ATOM directly via the ARU. By arbitration of the modules connected to the ARU and by a defined, fixed round-trip time of the ARU as well as by the determined program execution in the MCS, the deterministic architecture of the GTM can be guaranteed.
Vorteilhafterweise erlaubt die Routing-Einheit ARU die Datenübertragung der einzelnen mit ihr datenübertragend verbundenen Module (TIM, MCS, ATOM) nacheinander gemäß einem Rundlauf-Verfahren bzw. Round-Robin-Verfahren. Den einzelnen Modulen wird im Zuge dessen nacheinander ein Zeitschlitz zugewiesen, im Zuge dessen die Module miteinander kommunizieren können. Auf diese Weise kann die deterministische Kommunikation der Module untereinander gewährleistet werden und eine sogenannte "Round Trip Time" (RTT) kann als maximale Latenzzeit für den Datentransfer der Module untereinander gewährleistet werden, wobei diese maximale Latenzzeit insbesondere nur von der Anzahl von mit der ARU datenübertragend verbundenen Module abhängt. Vorteilhafterweise ist das Signalverarbeitungsmodul in einen Mikrocontroller bzw. in ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs integriert, vorzugsweise in den Mikrocontroller, der zur Ansteuerung des Schalters vorgesehen ist. Somit kann der Überstromschutz von der Prozessoreinheit des Mikrocontrollers in das Signalverarbeitungsmodul ausgelagert werden, wodurch der Überstromschutz zuverlässig und deterministisch durchgeführt werden kann und wodurch Rechenkapazität der Prozessoreinheit für andere Rechenoperationen zur Verfügung gestellt werden kann.Advantageously, the routing unit ARU permits the data transmission of the individual modules (TIM, MCS, ATOM) connected to it in a data-transmitting manner successively in accordance with a round-robin method. In the course of this, the individual modules are assigned one time slot in succession, in the course of which the modules can communicate with one another. In this way the deterministic communication of the modules with each other can be ensured and a so-called "Round Trip Time" (RTT) can be guaranteed as a maximum latency for the data transfer of the modules with each other, this maximum latency depends in particular only on the number of modules connected to the ARU data transmitting , Advantageously, the signal processing module is integrated in a microcontroller or in a control unit of the motor vehicle, preferably in the microcontroller, which is provided for driving the switch. Thus, the overcurrent protection of the processor unit of the microcontroller in the signal processing module can be outsourced, whereby the overcurrent protection can be performed reliably and deterministically, and thereby computing capacity of the processor unit can be provided for other computing operations.
Alternativ oder zusätzlich kann die Messeinheit vorzugsweise in einen Mikrocontroller bzw. in ein Steuergerät integriert sein. Beispielsweise kann zu diesem Zweck ein Analog-Digital-Wandler mit programmierbarer Schwelle oder ein programmierbarer Komparator in dem Mikrocontroller integriert sein. Zweckmäßigerweise können sowohl die Messeinheit und das Signalverarbeitungsmodul als auch der Schalter in ein Steuergerät integriert sein, insbesondere in ein Motorsteuergerät.Alternatively or additionally, the measuring unit may preferably be integrated in a microcontroller or in a control unit. For example, a programmable threshold analog-to-digital converter or a programmable comparator may be integrated in the microcontroller for this purpose. Conveniently, both the measuring unit and the signal processing module as well as the switch can be integrated in a control unit, in particular in an engine control unit.
Vorzugsweise wird ein Laststrom durch den Schalter als elektrische Größe des Schalters bestimmt. Zu diesem Zweck kann ein Spannungsabfall an einem Shunt-Widerstand erfasst und daraus der Laststrom bestimmt werden. Wenn ein zulässiger Maximalwert des Laststroms als Schwellwert überschritten wird, kann auf einen Überstrom rückgeschlossen werden und das Eingangssignal wird von der Messeinheit erzeugt. Preferably, a load current through the switch is determined as the electrical size of the switch. For this purpose, a voltage drop across a shunt resistor can be detected and used to determine the load current. If a permissible maximum value of the load current is exceeded as a threshold value, an overcurrent can be deduced and the input signal is generated by the measuring unit.
Bevorzugt wird ein Spannungsabfall zwischen Drain und Source eines als MOSFET-Transistor ausgebildeten Schalters und/oder ein Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter eines als Bipolar-Transistor ausgebildeten Schalters als elektrische Größe des Schalters bestimmt wird. Der entsprechende Schwellwert charakterisiert insbesondere einen Spannungsabfall, der auf einen Überstrom hindeutet. Der Spannungsabfall wird zweckmäßigerweise erst nach einem vorgegebenen Zeitintervall nach Einschalten des Schalters und insbesondere nur bei aktiviertem Schalter bestimmt.Preferably, a voltage drop between the drain and source of a switch formed as a MOSFET transistor and / or a voltage drop between the collector and emitter of a switch designed as a bipolar transistor is determined as the electrical size of the switch. In particular, the corresponding threshold characterizes a voltage drop which indicates an overcurrent. The voltage drop is expediently determined only after a predetermined time interval after switching on the switch and in particular only when the switch is activated.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.Also, the implementation of the method in the form of a computer program is advantageous because this causes very low costs, especially if an executive controller is still used for other tasks and therefore already exists. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical memories, such as e.g. Hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of embodiments in the drawing and will be described below with reference to the drawing.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
Identische Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen jeweils gleiche oder gleichwirkende Elemente.Identical reference numerals in the figures designate the same or equivalent elements.
In den
Das Steuergerät
Um einen Überstromschutz des Transistors
Im Zuge des Verfahrens bestimmt der Komparator
Wenn die elektrische Größe den Schwellwert erreicht oder überschreitet, erzeugt der Komparator
Durch das am Ausgangs-Pin
In dem Steuergerät gemäß
In dem Steuergerät
In
Das Signalverarbeitungsmodul
Ein Mehrkanal-Sequenzer-Modul (Multi Channel Sequencer, MCS)
Über die Routing-Einheit ARU
Für die Datenübertragung zwischen TIM
Das Eingangsmodul TIM
In Abhängigkeit von der Empfangsinformation wird von dem Mehrkanal-Sequenzer-Modul MCS
In Abhängigkeit von der Ausgabeinformation erzeugt das Ausgangsmodul ATOM
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2015/0123629 A1 [0003] US 2015/0123629 A1 [0003]
- DE 102010003530 A1 [0013] DE 102010003530 A1 [0013]
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