CN105445602B - 诊断电路和用于运行诊断电路的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及诊断电路和用于运行诊断电路的方法。该诊断电路具有：至少一个另外的可控开关元件，其在第一与第二负载端子之间构造负载段；控制单元，其用于控制第一开关元件和至少一个另外的开关元件的控制输入端，其中控制单元被构造为根据可设定的开关时间流程来控制第一开关元件和至少一个另外的开关元件；和分析单元，其具有第一和第二输入端和输出端，其中第一输入端通过参考电压源与供电电源的同第一开关元件连接的端子连接，并且第二输入端与第一开关元件和至少一个另外的开关元件的能够同负载连接的端子连接，其中分析单元被构造在其输出端处显示：第一开关元件和/或至少一个另外的开关元件的负载段上的电压是否大于或小于参考电压。

Description

诊断电路和用于运行诊断电路的方法

技术领域

本发明涉及诊断电路和用于运行诊断电路的方法。

背景技术

在机动车辆中，手动地由车辆乘客或者以受控方式由在控制设备中运行的程序来开启和关闭大量电载荷。这例如可以是行驶照明或雨刷，但也可以是燃料喷射阀或点火线圈。根据载荷使用将该载荷与供电电源、尤其是机动车辆电池的地电势相连接、或者与该供电电源的高电势连接的开关。替代于仅仅一个为此使用的低侧或高侧开关，也可以同时-必要时也以全桥连接地-使用二者。此外，推挽输出级也是可以的，以便例如能够给电容载荷充电并又快速放电。作为开关元件大多使用集成MOSFET。

常常需要识别负载与将该负载同供电电压连接的开关元件之间的连接线路的中断。线路中断大多通过如下方式来识别：在闭合的开关元件的情况下测量流经该开关元件和所连接的负载的电流。如果没有电流或仅有小电流流动，则由此推断：存在线路中断。在此，电流测量要么通过专用电流测量电阻、要么通过开关元件的负载段电阻来进行，其中分别使用的电流测量电阻上的电压降被分别确定并与预先给定的参考电压相比较。在此，识别线路中断的问题主要在于，必须检测没有电流经过负载或仅仅非常小的电流，其中该被定义为故障电流的非常小的电流必须小于在连接负载的情况下的最小电流。但是该电流可能由于机动车辆中的供电电压的强烈波动、以及显著的负载电阻公差而同样强烈地波动。

因此，最大的被定义为故障电流的电流不允许非常大，但是这导致由其在电流测量电阻上产生的电压降不非常大，其中不可能通过相应大的电阻来对该小电流进行补偿，因为该大电阻在正常运行中将产生高损耗功率。此外，在直接检测电流的情况下，与之相比需要非常精确的参考电压，这要求相应高的电路花费。

发明内容

因此，本发明的任务是，说明一种用于诊断线路中断的电路以及一种用于运行这样的诊断电路的方法，所述电路和方法一方面简单，另一方面具有足够的精度。

该任务通过根据权利要求1所述的诊断电路和根据权利要求6所述的方法来解决。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中加以说明。

在开头所述的电路拓扑的情况下—在该电路拓扑中，至少一个第一可控开关元件用于将负载与供电电源连接，该供电电源具有用于高供电电势的第一端子以及用于低供电电势的第二端子，其中第一可控开关元件既可以是高侧开关元件、又可以是低侧开关元件—，以根据本发明的方式将至少一个另外的可控开关元件以其负载段与第一开关元件的负载段并联。此外，用于识别至少第一可控开关元件与负载之间的连接中断的诊断电路具有控制单元，该控制单元用于控制第一开关元件和至少一个另外的开关元件的控制输入端，其中该控制单元被构造为根据可设定的开关时间流程来控制第一开关元件和至少一个另外的开关元件。此外，诊断电路具有分析单元，该分析单元具有第一和第二输入端以及输出端，其中第一输入端通过参考电压源与供电电源的同第一开关元件连接的端子连接，并且第二输入端与第一开关元件和至少一个另外的开关元件的可同负载连接的端子连接。分析单元被构造为在其输出端处显示：第一开关元件和/或至少一个另外的开关元件的负载段上的电压是否大于或小于参考电压。

根据本发明的诊断电路可以按照根据本发明的方法通过如下方式来运行：在正常运行中，第一可控开关元件和另外一个或多个开关元件都由控制单元控制为闭合的，使得其并联的负载段电阻总体上得出非常小的电阻，该电阻在到负载的完好连接的情况下仅仅变为小的损耗功率。现在如果出现开关元件与负载之间的连接的中断，则在总负载段电阻上下降的电压由于非常小的、仍将被解释为中断的电流而不会导致分析电路的响应，因为参考电压被选为更大的。

但是以根据本发明的方式，现在在仅仅一个另外的开关元件的情况下在预先给定的时长内断开开关元件之一，使得在该时长期间得出较大的负载段电阻，并且因此电压降由于小故障电流而为更大的并且分析单元在必要时将相应地显示该故障情况。

在此，开关元件可以具有相同的负载段电阻，使得在关断一个开关元件的情况下得出双倍的负载段电阻值，但是开关元件也可以具有不同的负载段电阻，使得相应更高的负载段电阻可供诊断使用。

替代于在正常运行中闭合地运行两个开关元件，在使用不同负载段电阻的开关元件的情况下也可以选择一个具有非常小的负载段电阻而另一个具有相应较高的负载段电阻，并且在正常运行中仅仅接通具有较小负载段电阻的开关元件并且为了诊断而切换到具有较大负载段电阻的另一开关元件。

在使用可能具有相同或也不同的负载段电阻的多个并联的开关元件的情况下，可以通过接通和关断这些开关元件之一也或组来设定所期望的总负载段电阻或总负载段电阻变化。这在如下情况下是有利的：由于温度变化，开关元件的负载段电阻改变，使得通过相应选择要为了诊断接通的开关元件来提供相应的选择。

由此可以在低温下通过标称更高欧姆的开关元件来补偿在正常运行中接通的开关元件的减小的电阻。这可以在开关元件的温度升高时并因此电阻更高时以相反的方式进行，其方式是，为了诊断选择相应低欧姆的开关元件或开关元件组。

此外，通过这种方式可以实现：通过相应选择为了诊断接通的开关元件来适应于不同的负载电阻。

在确定的负载、比如点火线圈的情况下，开关元件上的电压降不允许超过确定的最大值，使得以根据本发明的方式以可配置的方式来构造控制开关元件的控制单元，使得可以根据实际连接的负载进行开关元件的相匹配的选择，其中关于负载的信息可以录入到控制单元的可通过接口到达的寄存器中。

附图说明

下面应该借助于附图根据实施例进一步阐述本发明。在此：

图1示出了根据本发明的诊断电路的实施例；以及

图2示出了根据本发明的用于运行根据本发明的诊断电路的方法的信号、电压和电阻变化。

具体实施方式

图1示出了电路装置SA，该电路装置SA由被构造成高侧开关的第一开关元件HS、被构造成低侧开关的第二开关元件LS、以及被构造成反接保护元件的第三开关元件构成。该电路装置连接在供电电压Vsup的高电势与低电势之间。开关元件HS、LS、VPS被构造成具有衬底二极管的MOSFET，其中第一开关元件HS被构造成p沟道MOSFET并且第二开关元件LS被构造成n沟道MOSFET。

由于衬底二极管，在反接—即连接到供电电压Vsub的错误电势上的电路装置SA—的情况下，准短路电流流经衬底二极管。为了防止这种情况，同样被构造成p沟道MOSFET的第三开关元件VPS布置在供电电压Vsub的高电势与第一开关元件HS的源极端子之间、但是以与第一开关元件HS相反的极性。三个开关元件HS、LS、VPS被串联，其中第一开关元件HS与第二开关元件LS的连接点用作输出端子OUT，在该输出端子OUT上在所示实施例中示意性地连接有充当负载L的IGBT（绝缘栅双极晶体管）的控制端子。

根据本发明的诊断电路的电路装置SA也可以仅仅包含如下的开关元件：所述开关元件根据应当对着供电电压Vsub的哪个电势可开关地连接负载而要么被构造成高侧开关、要么被构造成低侧开关。在高侧开关元件与低侧开关元件之间也可以设置两个输出端子，负载的两个端子可以连接到所述两个输出端子上，以便以半桥电路运行负载。

在所示实施例中，充当负载L的IGBT在正常运行情况下通过第一开关元件HS与供电电压Vsub的高电势连接，使得IGBT被控制为导通的。在该IGBT又被关断以后，第二开关元件LS被接通，以便再次对IGBT的栅极电容进行放电。

第一开关元件HS具有第一负载段端子1和第二负载段端子2，所述端子在所示示例中是p沟道MOSFET的源极端子或漏极端子。

电路装置SA的三个开关元件VPS、HS、LS以其控制端子或栅极端子与栅极控制电路12连接，该栅极控制电路12根据例如—未示出的—微处理器单元的控制信号来控制开关元件VPS、HS、LS的栅极端子。

构造在第一开关元件HS的两个端子1、2之间的负载段具有电阻，在该电阻上由于通过开关元件流入负载L中的电流而电压下降。因此，该电压降可以被确定为到负载L中的电流的度量并且被用于诊断。

如果在电路装置SA的输出端子OUT与负载L之间连接已经被中断或者变为非常高欧姆的，使得负载L不再能够常规运行，则将仅有非常小的电流流经第一开关元件HS。该非常小的电流的识别通常是通过与相应参考电流比较、或者在通过在电阻上下降的电压确定电流时通过将该电压与参考电压相比较来确定。

现在问题在此是，第一开关元件HS的负载段电阻是、而且也应当是相对小的，以便在正常运行情况下将损耗保持得小。但是在仅仅非常小的故障电流的情况下，在第一开关元件HS的端子1、2之间生成第一开关元件HS的负载段电阻上的仅仅相应小的电压降。

因此，以根据本发明的方式，与第一开关元件HS并联至少一个另外的开关元件S1、在所示实施例中为数目n个开关元件S1至Sn，其方式是，将所述开关元件的负载段端子1、2或1'、2'和1''、2''彼此连接。所述另外的开关元件S1至Sn因为与p沟道MOSFET并联而同样被构造成p沟道MOSFET。所述开关元件的负载段电阻可以全部相同，但是它们也可以被选择为不同的，使得通过相应选择要接通的开关元件HS、S1至Sn可以实现所期望的总负载段电阻。

为了能够操作相应的一个或多个开关元件，将所述开关元件的控制端子与栅极驱动电路10连接，该栅极驱动电路10在其侧通过控制线CONTROL与控制单元11连接，该控制单元11也控制栅极控制电路12。另外的开关元件S1至Sn、栅极驱动电路10和控制单元11构成根据本发明的诊断电路DS。

分析单元13具有两个输入端E1、E2和输出端A，并且在最简单的情况下被构造成比较器电路。在第一开关元件HS是高侧开关的所示实施例中，分析单元13的第一输入端E1通过提供参考电压Uth的参考电压源14与供电电压Vsub的高电势连接。第二输入端E2与电路装置SA的输出端子OUT连接，由此在两个输入端E1、E2之间施加第一开关元件HS上的电压降与参考电压Uth之差。（在此假定：第三开关元件VPS上的电压降可忽略）。在此，当第一开关元件HS上的电压降变为小于参考电压Uth时，分析单元13呈现低态。

对于第一开关元件是低侧开关的情况，第一输入端E1必须通过相应两极分化（gepolt）的参考电压源与供电电压源Vsub的低电势连接。

在图2中借助于总负载段电阻Rges的变化、电路装置SA的输出端子OUT处的电压变化以及分析单元13的输出端A处的电平示出用于运行图1的根据本发明的诊断电路DS的可能的方法。

根据图2的流程图，在时刻t0开始线路中断的诊断，其方式是，控制单元11将到栅极驱动电路10的具有标记CONTROL的连接线上的状态设置成高态。由此在所示示例中将全部另外的开关元件S1至Sn控制为导通的，使得其负载段电阻与第一开关元件HS的负载段电阻并联，并且得出相应小的总负载段电阻Rges。由于该小的总负载段电阻Rges，第一开关元件HS上的电压降是小的，并且因此电路装置SA的输出端子OUT上的电压是相应高的，并且高于参考电压Vth，如可从图2中得知。

在控制单元11和栅极驱动电路10的控制下，现在逐渐地又将另外的开关元件S1至Sn相继地关断，使得得出如在图2中用I表示的阶梯状的变化，其中在此另外的开关元件S1至Sn的负载段电阻被选择为，使得得出如在图2中示出的总负载段电阻Rges的等距增加。当然也可以通过相应地选择负载段电阻来生成另外的变化。尤其是也可以同时再次关断另外的开关元件S1至Sn的组。

通过总负载段电阻Rges的增加，第一开关元件HS和仍然接通的另外的开关元件S1至Sn的并联电路上的电压降升高，使得电路装置SA的输出端OUT处的电压V_OUT相应地减小。该减小取决于负载L的电阻分别为多大，这在图2中通过电路装置SA的输出端子OUT处的电压V_OUT的用II和III表示的并且不同的变化来示意性地示出。因此，在小负载电阻的情况下，输出端子OUT处的电压V_OUT相应将缓慢地下降，而该电压在大负载电阻的情况下明显将更快地下降。

在所示实施例中，在时刻t1在大负载电阻L情况下的输出电压V_OUT应当变为小于参考电压Vth，以及在时刻t2在小负载电阻情况下。相应地在所述时刻，分析单元13的输出端A处的电平A从高电平变换为低电平，由此显示不存在线路中断，因为足够高的电流流经总负载段电阻。

确定类型的负载仅仅允许第一开关元件HS上的确定的最大电压降，因此以根据本发明的方式结合栅极驱动电路10来将控制单元11配置为，通过例如在寄存器中记录关于负载的相应信息来实现对另外的开关元件S1至Sn的控制，使得仅可以出现所定义的最大负载段电阻Rges。这以图2为例予以示出，在那里，该值在时刻t3被达到并且诊断相应地结束。在时刻t4，在其余情况下诊断也结束。

在图2的实施例中，逐渐地改变总负载段电阻，其中假定：设置八个另外的开关元件S1至Sn。基本上将足够的是，设置具有相应大的负载段电阻的另外的开关元件，使得可以通过简单地在第一开关元件HS与所述另外的开关元件S1至Sn之间切换来执行诊断，其中所述另外的开关元件S1至Sn的负载段电阻被选择为相应更大的。

还应该可以在正常运行中将第一开关元件HS和另外的开关元件S1至Sn都接通，以便获得非常小的总负载段电阻Rges，以便在正常运行中将损耗保持得小并且为了诊断仅仅关断第一开关元件HS。

因为被实现为MOSFET的开关元件的负载段电阻随着温度改变，所以在诊断运行中，激活的开关元件上的电压降根据温度将不同地失效，并且可能在低温下不再足以实现与参考电压Uth相比较的线路中断。基本上应该可以随着温度相应地改变参考电压Uth。但是可以以根据本发明的方式更简单地设置另外的具有经相应匹配的负载段电阻的开关元件S1至Sn。根据温度，可以通过控制单元11结合栅极驱动电路10来相应地选择开关元件S1至Sn，使得在负载段电阻变为相应更小的低温下选择具有较高标称电阻的另外的开关元件S1至Sn。在温度升高时将相应相反地控制开关元件S1至Sn。

以相同方式也可以—如图2中输出电压V_OUT根据II和III的变化所示—与分别连接的负载L的电阻的大小相匹配地选择具有相应负载段电阻的开关元件，以便一方面完全能够达到参考电压Uth的水平并且为了加速诊断这也可以更快一些地进行。因此，例如可以在图2的变化的情况下在小负载电阻的情况下立即关断三个另外的开关元件S1至Sn，使得总负载段电阻Rges利用时刻t1的第一操作就已经达到那里的时刻t2的值。

对于本发明重要的是，无需如在模拟控制中应该所需的高花费、能够通过简单地关断和接通与可用来将负载L与供电电压Vsub连接的第一开关元件HS并联的另外的开关元件S1至Sn来检测线路中断，其方式是，在诊断时长期间，在该诊断期间有效的一个或多个开关元件的电阻被如此大地选择，使得小的故障电流也导致负载段电阻上的可观的电压降，该电压降还可以利用无需高花费生成的参考电压Uth来检测。

此外，通过数字实现可以以简单方式进行对改变的温度以及负载类型的匹配，其方式是，在控制单元的相应寄存器中录入信息，根据所述信息可以进行开关元件的操作的相应流程。

Claims (8)

1.用于识别电路装置（SA）与能够连接在所述电路装置（SA）上的负载（L）之间的连接的中断的诊断电路，所述电路装置具有至少一个第一可控开关元件（HS），所述第一可控开关元件（HS）在第一负载端子（1）与第二负载端子（2）之间构造负载段，所述负载（L）能够借助于第一可控开关元件（HS）与供电电源连接，所述供电电源具有用于高供电电势的第一端子（Vsup）和用于低供电电势的第二端子，该诊断电路具有：

至少一个另外的可控开关元件（S1...Sn），其在第一负载端子与第二负载端子之间构造负载段，所述另外的可控开关元件的负载段与第一可控开关元件（HS）的负载段并联；

控制单元（11），其用于控制第一可控开关元件（HS）和所述至少一个另外的可控开关元件（S1...Sn）的控制输入端，其中所述控制单元（11）被构造用于根据可设定的开关时间流程来控制第一可控开关元件（HS）和所述至少一个另外的可控开关元件（S1...Sn）；以及

分析单元（13），其具有第一输入端（E1）和第二输入端（E2）和输出端（A），其中第一输入端（E1）通过参考电压源（14）与供电电源的同第一可控开关元件（HS）连接的端子（Vsup）连接，并且第二输入端（E2）与第一可控开关元件（HS）和所述至少一个另外的可控开关元件（S1...Sn）的能够同负载（L）连接的端子连接，其中所述分析单元（13 ）被构造用于在所述输出端（A）处显示：第一可控开关元件（HS）和/或所述至少一个另外的可控开关元件（S1...Sn）的负载段上的电压是否大于或小于参考电压（Uth）。

2.根据权利要求1所述的诊断电路，其特征在于，所述开关元件（HS，S1...Sn）具有不同的负载段电阻。

3.根据权利要求1或2所述的诊断电路，其特征在于，所述控制单元（11）被构造用于根据开关元件（HS，S1...Sn）的温度做出对一个或多个开关元件（HS，S1...Sn）的控制和该控制的顺序。

4.根据权利要求1或2所述的诊断电路，其特征在于，所述控制单元（11）被构造用于根据要连接的负载（L）的类型和/或大小做出对一个或多个开关元件（HS，S1...Sn）的控制和该控制的顺序。

5.根据权利要求4所述的诊断电路，其特征在于，所述控制单元（11）具有能够通过接口到达的寄存器，关于开关元件（HS，S1...Sn）的控制的类型和该控制的顺序的信息可以被存储到所述寄存器中。

6.用于运行根据权利要求1至5之一所述的诊断电路的方法，其中所述开关元件（HS，S1...Sn）以开关流程单独地或成组地被控制，使得得出所期望的总负载段电阻或总负载段电阻时间变化。

7.根据权利要求6所述的方法，其中首先所有开关元件（HS，S1...Sn）被控制为闭合的，并且接着各个开关元件或开关元件的组以预先给定的顺序相继被控制为断开的。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述开关元件（HS，S1...Sn）被控制为，使得根据所连接的负载（L）仅仅得出最大允许的负载段电阻。