DE10025908A1

DE10025908A1 - Leistungsschalter

Info

Publication number: DE10025908A1
Application number: DE10025908A
Authority: DE
Inventors: Richard Buerk
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2001-08-02
Also published as: CA2410829A1; US20030169550A1; WO2001091278A2; WO2001091278A3; JP2003534632A; EP1285489A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter DOLLAR A - mit einem Ein-/Ausschalter; DOLLAR A - mit einer Schnittstelle; DOLLAR A - mit einem Spannungsteiler; DOLLAR A - mit einem Anschluß für eine Spannungsversorgung; DOLLAR A - mit einem Masseanschluß. DOLLAR A Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: DOLLAR A - die Schnittstelle ist derart geschaltet, daß sie Eingang oder Ausgang ist; DOLLAR A - der Leistungsschalter umfaßt eine zweite Schnittstelle für den Anschluß einer Diagnostiziereinheit.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Leistungsschalter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 finden einen Einsatz in elektronischen Steuergeräten, zum Beispiel Motorsteuergeräten oder Getriebesteuergeräten, und bieten die Möglichkeit digitale Leistungsausgänge zu realisieren, bei denen gleichzeitig eine Diagnose bestimmter Zustände möglich ist.

Die Firma Infineon bietet beispielsweise einen intelligenten Leistungshalbleiter-Schalter "Smart High-Side Powerswitch BTS 723 G" an, der durch die monolythisch integrierte Zusammenschaltung eines Schaltkreises und eines Leistungshalbleiters einen Schalter darstellt und gleichzeitig in der Lage ist Ansteuer-, Schutz- und Überwachungsfunktionen zu übernehmen. Dieser Leistungshalbleiter umfaßt eine aufwendige Architektur mit Feldern von Widerständen und Dioden und weiterhin eine interne Spannungsquelle. Der Baustein kann dabei nur als Ausgang geschaltet werden, die Ansteuerung muß über spezielle Schnittstellen durch CMOS-Schaltkreise erfolgen. In den Baustein sind verschiedene Logik- Kanäle eingebracht, die die externen Ansteuersignale mit internen Signalen verknüpfen und daraus die Ansteuersignale für einen Leistungs-Feldeffekt- Transistor - Power-MOSFET - und Statussignale generieren.

Nachteilig an diesen bekannten Leistungsschaltern, die sowohl eine Schaltungs- wie auch eine Diagnostizierfunktion aufweisen, ist zum einen der komplizierte Aufbau und die Einschränkung nur als reiner Ausgang genutzt werden zu können. Weiterhin sind die bekannten Leistungsschalter bezüglich ihrer Diagnosefunktion starr und unflexibel, da die diagnostizierten Zustände in feste Raster eingeteilt sind, deren Grenzwerte nicht verändert werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die geschilderten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und einen Leistungsschalter zu schaffen, der sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet, sowohl als Eingang als auch als Ausgang genutzt werden kann und die Diagnose aller Zustände ermöglicht, wobei die Erfassung und Auswertung flexibel sein soll. Weiterhin soll eine elektronische Schaltungsanordnung mit einem erfindungsgemäßen Leistungsschalter und ein Verfahren zum Diagnostizieren des Zustandes einer elektronischen Schaltung mit einer solchen elektronischen Schaltungsanordnung dargestellt werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 14 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 31 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Der erfindungsgemäße Leistungsschalter umfaßt einen Ein-/Ausschalter, der insbesondere als Relais oder Halbleiterschalter, z. B. Power-MOSFET oder Transistor ausgeführt sein kann, einen Anschluß für eine Spannungsversorgung und einen Masseanschluß. Weiterhin umfaßt der erfindungsgemäße Leistungsschalter einen Spannungsteiler, der vorteilhaft durch zwei ohmsche Widerstände ausgeführt sein kann. Der Spannungsteiler ermöglicht das Setzen eines Leerlaufpegels des Leistungsschalters. Erfindungsgemäß umfaßt der Leistungsschalter weiterhin zwei Schnittstellen, wobei eine Schnittstelle derart geschaltet ist, daß sie Eingang oder Ausgang ist. Die zweite Schnittstelle dient dem Anschluß einer Diagnostiziereinheit.

In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist vor die zweite Schnittstelle ein zweiter Spannungsteiler geschaltet, der der Anpassung der Spannung insbesondere an die nachfolgende Diagnostiziereinheit dient. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn an die zweite Schnittstelle eine Diagnostiziereinheit angeschlossen wird, deren Eingang für kleinere Spannungen ausgeführt ist. Zum Dämpfen der Schwingungen der an der zweiten Schnittstelle anliegenden Spannung kann besonders vorteilhaft vor die zweite Schnittstelle ein Dämpfungsglied geschaltet sein.

In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist der Spannungsteiler durch zwei ohmsche Widerstände ausgeführt. Durch die Wahl der Widerstandsgröße kann der Leerlaufpegel des Leistungsschalters gesetzt werden. Vorteilhaft können zwei gleiche ohmsche Widerstände so geschaltet werden, daß der Leerlaufpegel 50% der Spannung der Spannungsversorgung entspricht.

Es kann jedoch auch in einer anderen Ausführung der Erfindung vorteilhaft sein, den Spannungsteiler mit einem anderen Leerlaufpegel auszuführen, zum Beispiel durch die Schaltung zweier unterschiedlicher ohmscher Widerstände oder einen variablen Spannungsteiler. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn zum Beispiel an die erste Schnittstelle ein externes Steuergerät geschaltet ist, dessen Erfassungsbereich in einem bestimmten Spannungsband arbeitet. Auf diese Art und Weise kann der Leerlaufpegel der ersten Schnittstelle entsprechend verschoben werden, um zu vermeiden, daß die Eingangsbeschaltung des externen Steuergerätes bereits durch den Leerlaufpegel angesprochen wird.

Eine Ausführung mit unterschiedlichen ohmschen Widerständen, die den Leerlaufpegel in Richtung Masse verschieben, ist besonders bei Schaltung des Ein-/Ausschalters als High-Side Schalter vorteilhaft. Bei Verwendung eines Low-Side Schalters ist insbesondere die Verschiebung des Leerlaufpegels in Richtung der Spannung der Spannungsversorgung, die zum Beispiel 24 Volt betragen kann, vorteilhaft.

Erfindungsgemäß umfaßt der Leistungsschalter einen Ein-/Ausschalter, der in einer besonderen Ausführung ein Low-Side-Schalter ist. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine Last gegen die Spannungsversorgung geschaltet ist. In einer anderen Ausführung der Erfindung ist der Ein-/Ausschalter ein High-Side-Schalter, dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine Last gegen Masse geschaltet ist.

Weiterhin umfaßt die Erfindung eine elektronische Schaltungsanordnung mit einem erfindungsgemäßen Leistungsschalter mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 13. Besonders vorteilhaft kann hinter die zweite Schnittstelle ein Analog-Digital-Wandler geschaltet sein. In einer weitergebildeten Ausführung der Erfindung ist zusätzlich ein Rechner hinter die zweite Schnittstelle geschaltet. So ist es beispielsweise möglich, den analogen Eingang des Analog-Digital-Wandlers direkt mit der zweiten Schnittstelle zu verbinden, und den digitalen Ausgang des Analog-Digital- Wandlers mit dem Rechner zu verbinden. Selbstverständlich ist es auch möglich, einen Rechner direkt hinter beziehungsweise an die zweite Schnittstelle zu schalten. Auch ein Spannungsteiler beziehungsweise ein Dämpfungslied kann hinter die zweite Schnittstelle geschaltet sein, mit dem Vorteil einer niedrigeren Spannungsamplitude beziehungsweise geringeren Schwingungen in der Spannung, die der nachfolgenden Diagnostiziereinheit weitergeleitet wird.

Der Vorteil der genannten Schaltungsanordnungen mit einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Leistungsschalters und einer Diagnostiziereinheit ist vor allem die große Flexibilität bei der Auswertung der diagnostizierten Zustände.

In einer besonderen Ausführung der Erfindung umfaßt die elektronische Schaltungsanordnung einen Verbraucher, der an die Schnittstelle geschaltet ist. In diesem Fall arbeitet der Leistungsschalter als Ausgang. Die Diagnose der Zustände des Verbrauchers beziehungsweise der Schaltungsanordnung selber ist möglich.

In einer anderen Ausführung der Erfindung ist die Schnittstelle als Eingang geschaltet, und der Ein-/Ausschalter bleibt deaktiviert. Ein externer Schalter ist dann vorteilhaft zwischen die Schnittstelle und die Spannungsversorgung geschaltet, oder in einer anderen Ausführung ist ein externer Schalter zwischen die Schnittstelle und Masse geschaltet. Dadurch können, insbesondere bei Einsatz des Leistungsschalters in einem Steuergerät, Signale von externen Gebern erfaßt werden. Besonders vorteilhaft ist, daß per Software aus einem Ausgang bei Bedarf ein Eingang gemacht werden kann und dadurch, zum Beispiel bei Verwendung des erfindungsgemäßen Leistungsschalters in einem Steuergerät, das Steuergerät wesentlich flexibler ist.

Weiterhin umfaßt die Erfindung ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Zustandes einer elektronischen Schaltung mit einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungsanordnung. Erfindungsgemäß wird dabei mit einer Diagnostiziereinheit, die an der zweiten Schnittstelle angeschlossen ist, die an der zweiten Schnittstelle anliegende Spannung ermittelt. Besonders vorteilhaft umfaßt die Diagnostiziereinheit einen Analog-Digital-Wandler beziehungsweise einen Rechner mit einer derartigen Schnittstelle. Das Verfahren unterscheidet dabei ob die Schnittstelle als Ausgang oder Eingang geschaltet ist. Eine weitere Eingangsgröße des Diagnostizierverfahrens ist die Stellung des Ein-/Ausschalters. In einer weiterentwickelten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die an der zweiten Schnittstelle ermittelte Spannung mit einem Spannungsband verglichen, das in Spannungsbereiche unterteilt ist. Besonders vorteilhaft kann das Referenzspannungsband dabei in der Diagnostiziereinheit hinterlegt sein, insbesondere die Grenzen der Spannungsbänder, zum Beispiel durch Programmierung des Rechners. Auf diese Art und Weise ist es möglich, das Referenzspannungsband flexibel zu halten, insbesondere die Grenzen der Spannungsbänder können den aktuellen Anforderungen angepaßt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt bei der Auswertung des Zustandes einer elektronischen Schaltung verschiedene Eingangsgrößen. Darunter fällt die Unterscheidung, ob die Schnittstelle als Ein- oder Ausgang geschaltet ist. Vorteilhafterweise muß unterschieden werden, ob der Ein- /Ausschalter ein High- oder Low-Side-Schalter ist und in einer weitergebildeten Ausführung, ob der Ein-/Ausschalter geöffnet oder geschlossen ist.

Zuerst wird mit dem Spannungsteiler ein Leerlaufpegel für eine offene Schnittstelle eingestellt. Dies kann insbesondere durch Auswahl entsprechender ohmscher Widerstände erfolgen. Erfindungsgemäß ist aber auch ein Spannungsteiler denkbar, der die Einstellung des Leerlaufpegels variabel hält. Vorteilhaft kann die Spannung der Spannungsversorgung und/oder das Spannungsniveau des Leerlaufpegels gemessen werden, um eine exakte Referenz für einen späteren Vergleich zu erhalten. Ist die Schnittstelle als Ausgang geschaltet und der Ein-/Ausschalter ein High-Side- Schalter, der geöffnet ist, so wird im erfindungsgemäßen Verfahren anhand der an der zweiten Schnittstelle ermittelten Spannung zwischen vier verschiedenen Zuständen der elektronischen Schaltungsanordnung unterschieden. Das wiederum heißt, daß das in der Diagnostiziereinheit insbesondere dem Rechner hinterlegte Referenzband in vier einzelne Bänder unterteilt ist. Vorteilhaft ist dabei im Übergangsbereich zwischen den einzelnen Bändern eine Hysterese implementiert, die ein ständiges Umschalten im Grenzbereich verhindert. Selbstverständlich ist es im Sinne der Erfindung auch möglich, eine Unterteilung des Spannungsbandes in eine andere Anzahl einzelner Bänder vorzunehmen. Bei Berücksichtigung eines Low-Side-Schalters wäre es zum Beispiel vorteilhaft ein fünftes Band einzubringen. Die vier genannten verschiedenen Zustände der elektronischen Schaltungsanordnung, die anhand der an der zweiten Schnittstelle ermittelten Spannung diagnostiziert werden können, sind wie folgt:

a) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, ist die Schaltung an der Schnittstelle unterbrochen, beziehungsweise es ist keine Last angeschlossen;
b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so liegt an der Schnittstelle ein Kurzschluß gegen Masse vor;
c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband unterhalb des Spannungsbandes um den Leerlaufpegel und oberhalb des Spannungsbandes in der Nähe von 0 Volt, so liegt an der Schnittstelle eine Last gegen Masse vor;
d) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so liegt ein Kurzschluß gegen die Spannungsversorgung vor.

Wird nun der High-Side-Schalter eingeschaltet, so ist erfindungsgemäß die Diagnose dreier Zustände möglich:

a) wandert die ermittelte Spannung von einem Spannungsband um den Leerlaufpegel in ein Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so arbeitet die Schaltungsanordnung fehlerfrei;
b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, so liegt ein allgemeiner Fehler in der Schaltungsanordnung vor, insbesondere ein Kurzschluß gegen eine externe Fremdspannung beziehungsweise ein defekter Ein- /Ausschalter;
c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so liegt an der Schnittstelle ein Kurzschluß gegen Masse vor.

Ist die Schnittstelle als Eingang geschaltet, der Ein-/Ausschalter ein High- Side-Schalter und geöffnet, so ist erfindungsgemäß über die an der zweiten Schnittstelle ermittelte Spannung die Unterscheidung dreier verschiedener Zustände der elektronischen Schaltungsanordnung möglich:

a) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, so ist die Schaltung an der Schnittstelle unterbrochen, insbesondere durch einen geöffneten externen Schalter;
b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, ist der externe Schalter gegen die Spannungsversorgung geschlossen;
c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, ist der externe Schalter gegen Masse geschlossen.

Bei Schaltung des Ein-/Ausschalter als Low-Side-Schalter muß ebenfalls unterschieden werden, ob die Schnittstelle als Eingang oder als Ausgang geschaltet ist, und ob der Low-Side-Schalter geöffnet oder geschlossen ist. Ist die Schnittstelle als Ausgang geschaltet und der Low-Side-Schalter geöffnet, so kann anhand der ermittelten Spannung an der zweiten Schnittstelle zwischen vier verschiedenen Zuständen der elektronischen Schaltungsanordnung unterschieden werden:

a) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, so ist die Schaltung an der Schnittstelle unterbrochen beziehungsweise es ist keine Last angeschlossen;
b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so liegt an der Schnittstelle ein Kurzschluß gegen Masse vor;
c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so liegt ein Kurzschluß gegen die Spannungsversorgung vor;
d) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband oberhalb des Spannungsbandes um den Leerlaufpegel und unterhalb des Spannungsbandes in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so liegt an der Schnittstelle eine Last gegen die Spannungsversorgung vor.

Wird nun der Low-Side-Schalter geschlossen, so können drei verschiedene Zustände der elektronischen Schaltungsanordnungen anhand der ermittelten Spannung an der zweiten Schnittstelle erkannt werden:

a) wandert die ermittelte Spannung von einem Spannungsband um den Leerlaufpegel in ein Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so arbeitet die Schaltungsanordnung fehlerfrei;
b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, so liegt ein allgemeiner Fehler in der Schaltungsanordnung vor, insbesondere ein Kurzschluß gegen eine externe Fremdspannung beziehungsweise ein defekter Ein- /Ausschalter;
c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so liegt an der Schnittstelle ein Kurzschluß gegen die Spannungsversorgung vor.

Ist hingegen die Schnittstelle als Eingang geschaltet und der Low-Side- Schalter geöffnet, so kann zwischen drei verschiedenen Zuständen der elektronischen Schaltungsanordnung anhand der an der zweiten Schnittstelle ermittelten Spannung unterschieden werden:

a) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, so ist die Schaltung an der Schnittstelle unterbrochen, insbesondere durch einen geöffneten externen Schalter;
b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so ist der externe Schalter gegen die Spannungsversorgung geschlossen;
c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so ist der externe Schalter gegen Masse geschlossen.

Selbstverständlich ist es erfindungsgemäß auch möglich, weitere Eingangsgrößen in die Diagnose mit einzubeziehen. So ist es denkbar, daß weitere Schalter oder Relais in der Schaltungsanordnung eingebracht sind, diese können sowohl innerhalb des erfindungsgemäßen Leistungsschalters als auch außerhalb desselben liegen, die Anzahl der Spannungsbänder kann dann erfindungsgemäß angepaßt werden.

Insbesondere die variable Festlegung der Grenzen der einzelnen Spannungsbänder schränkt die Diagnose einer mit weiteren Bausteinen erweiterten Schaltungsanordnung nicht ein und ermöglicht vorteilhaft das Erkennen verschiedenster Zustände.

Bei Erkennung eines Fehlers durch die erfindungsgemäße Vorrichtung beziehungsweise beim erfindungsgemäßen Verfahren kann besonders vorteilhaft das fehlerhafte beziehungsweise ein gefährdetes Bauteil, zum Beispiel der Schalter, deaktiviert werden, um weitere Schäden zu verhindern. Stattdessen oder auch zusätzlich können Warnsignale, insbesondere optische beziehungsweise akustische Signale, ausgegeben sowie Fehlereinträge im Fehlerspeicher zum Beispiel eines Steuergerätes vorgenommen werden.

Der Leistungsschalter kann in einer elektronischen Schaltungsanordnung ein eigenständiger Baustein sein, selbstverständlich aber auch in andere Bausteine integriert sein. Beispielsweise sei die Integration in ein Getriebesteuergerät genannt.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es denkbar, daß sowohl High- Side-Schalter als auch Low-Side-Schalter im Leistungsschalter integriert sind, welche wahlweise, beispielsweise über einen Rechner, ansteuerbar sind.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit der Verwendung der Schnittstelle als Ausgang;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit Verwendung der Schnittstelle als Eingang und einem zwischen die Spannungsversorgung und die Schnittstelle geschalteten externen Schalter;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit Verwendung der Schnittstelle als Eingang und einem zwischen die Schnittstelle und Masse geschalteten externen Schalter;

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Ausführung der Spannungsteiler mit ohmschen Widerständen;

Fig. 5 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Ausführung des Ein-/Ausschalters als High-Side-Schalter;

Fig. 6 ein Spannungsband bei Schaltung der Schnittstelle als Ausgang und geöffnetem Ein-/Ausschalter;

Fig. 7 ein Spannungsband bei Schaltung der Schnittstelle als Ausgang und geschlossenem High-Side-Schalter;

Fig. 8 ein Spannungsband bei Schaltung der Schnittstelle als Eingang und geöffnetem Ein-/Ausschalter.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem erfindungsgemäßen Leistungsschalter 10. Der Leistungsschalter 10 umfaßt dabei einen Ein-/Ausschalter 1, der hier ein High-Side-Schalter ist, da er mit einem Anschluß für eine Spannungsversorgung 4 verbunden ist. Weiterhin erkennt man eine Schnittstelle 2, an die ein Verbraucher 9 geschaltet ist. Ein Spannungsteiler 3 umfaßt einen Anschluß für eine Spannungsversorgung 4 und einen Masseanschluß 5 und ist in der dargestellten Ausführung vor eine zweite Schnittstelle 6 geschaltet. Hinter die zweite Schnittstelle 6 ist ein zweiter Spannungsteiler 7 geschaltet, der selbstverständlich auch erfindungsgemäß vor die zweite Schnittstelle 6 geschaltet werden kann. Hinter den zweiten Spannungsteiler 7 ist ein Dämpfungsglied 8 geschaltet. Dieses Dämpfungsglied 8 kann auch vor die zweite Schnittstelle 6 geschaltet sein. Hinter das Dämpfungsglied 8 ist ein AD-Wandler 11 geschaltet, der wiederum mit einem Rechner 12 verbunden ist. AD-Wandler 11 und Rechner 12 sind hierbei als die Diagnostiziereinheit anzusehen. Es ist auch denkbar, daß der Rechner 12 direkt an die zweite Schnittstelle 8 angeschlossen ist, wenn er über einen entsprechenden Eingang verfügt. Da in der dargestellten Schaltungsanordnung an die Schnittstelle 2 ein Verbraucher 9 geschaltet ist, wird in diesem Fall die Schnittstelle 2 als Ausgang verwendet.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit der Schnittstelle 2 als Eingang. Der Aufbau des erfindungsgemäßen Leistungsschalters 10 und des Schaltungsstranges vor beziehungsweise hinter der Schnittstelle 6 unterscheidet sich nicht gegenüber der Schaltungsanordnung aus Fig. 1. Gleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen. Zwischen Schnittstelle 2 und Spannungsversorgung 14 ist ein externer Schalter 13 geschaltet.

Fig. 3 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung mit Verwendung der Schnittstelle 2 als Eingang. Wiederum unterscheidet sich der Aufbau des erfindungsgemäßen Leistungsschalters 10 und des Stranges vor beziehungsweise hinter der zweiten Schnittstelle 6 nicht gegenüber Fig. 1 und Fig. 2. Erfindungsgemäß ist bei dieser Ausführung ein externer Schalter 13 zwischen die Schnittstelle 2 und Masse 15 geschaltet.

Fig. 4 zeigt eine besondere erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Ausführung der Spannungsteiler durch die Zusammenschaltung von ohmschen Widerständen. Der Spannungsteiler 3 ist durch die Schaltung eines ohmschen Widerstandes gegen den Anschluß zur Spannungsversorgung 4 und eines anderen ohmschen Widerstandes, der erfindungsgemäß die gleiche Größe haben kann, gegen den Masseanschluß 5 ausgeführt. Der zweite Spannungsteiler 7 ist ausgeführt durch die Schaltung eines ohmschen Widerstandes gegen die zweite Schnittstelle 6 und eines ohmschen Widerstandes gegen einen Masseanschluß 5. Vorteilhaft ist, wie dargestellt, das Dämpfungsglied 8 mit einem gegen den Masseanschluß 5 geschalteten Kondensator ausgeführt. Die Schnittstelle 2 ist dabei ein Ausgang. Ein Verbraucher 9 ist zwischen den Masseanschluß 5 und die Schnittstelle 2 geschaltet.

Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zuerst wird der Leerlaufpegel eingestellt. Dies kann erfindungsgemäß durch die gewählte Ausführung des Spannungsteilers 3 erfolgen. Es ist aber auch die gezielte Einstellung des Leerlaufpegels über zum Beispiel regelbare Widerstände denkbar. Die Spannung an der Schnittstelle 2 wird sich in Abhängigkeit der anliegenden Spannung der Spannungsversorgung und der anliegenden Last einstellen. Ein Schritt des Messens der Spannung der Spannungsversorgung und/oder des Spannungsniveaus des Leerlaufpegels kann vorteilhaft eingebracht werden, um so einen exakten Referenzwert für den nachfolgenden Vergleich zu haben, ist aber in der in Fig. 5 beschriebenen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht dargestellt.

Nachfolgend wird die Spannung an der Schnittstelle 2, beispielsweise über die Spannung an der Schnittstelle 6, ermittelt und dann anhand der Zustände der Schnittstelle 2 und des Schalters 1 entschieden, mit welchem Spannungsband die an der Schnittstelle 2 anliegende Spannung verglichen werden muß. Ist dabei die Schnittstelle 2 als Eingang geschaltet, so sollte darauf geachtet werden, daß keinem Bauteil der Schaltungsanordnung oder dem Verbraucher Schaden zugefügt wird. Dies kann zum Beispiel dadurch sichergestellt sein, daß der Schalter 1 nicht geschlossen werden darf.

Fig. 6 zeigt ein Spannungsband, mit dem die an der Schnittstelle 2 ermittelte Spannung verglichen werden kann, wenn die Schnittstelle 2 als Ausgang geschaltet ist und der Ein-/Ausschalter 1 geöffnet ist. Ist der Ein- /Ausschalter 1 ein High-Side-Schalter, so ergeben sich die vier Bereiche 34.4 (a) bis 34.4 (d) als sinnvolle Spannungsbänder, mit denen die an der Schnittstelle 2 ermittelte Spannung verglichen wird. Ubatt ist dabei die Spannung der Spannungsversorgung, die als Bezugsgröße in die Spannungsbänder einfließt. Ist der Ein-/Ausschalter 1 ein Low-Side-Schalter, so ist anstelle des Spannungsbandes 34.4 (c) das Spannungsband 37.4 (d) heranzuziehen. Die Bedeutung der Spannungsbänder können den Ansprüchen 36.4 beziehungsweise 39.4 entnommen werden.

Fig. 7 zeigt ein Spannungsband, das zum Vergleich mit der an der Schnittstelle 2 anliegenden Spannung herangezogen werden kann, wenn die Schnittstelle als Ausgang geschaltet ist und der Schalter 1 geschlossen wird. Die Bedeutung der einzelnen Spannungsbänder kann dem Anspruch 37.4 entnommen werden.

Fig. 8 zeigt ein Spannungsband zum Vergleich mit der an der Schnittstelle 2 ermittelten Spannung bei Schaltung der Schnittstelle 2 als Eingang und geöffnetem Ein-/Ausschalter 1. Die Bedeutung der Spannungsbänder kann dem Anspruch 38 entnommen werden.

Bezugszeichenliste

1

Ein-/Ausschalter

2

Schnittstelle

3

Spannungsteiler

4

Anschluß für Spannungsversorgung

5

Masseanschluß

6

zweite Schnittstelle

7

zweiter Spannungsteiler

8

Dämpfungsglied

9

Verbraucher

10

Leistungsschalter

11

Analog-Digital-Wandler

12

Rechner

13

externer Schalter

14

Spannungsversorgung

15

Masse

Claims

1. Leistungsschalter

1. 1.1 mit einem Ein-/Ausschalter (1);
2. 1.2 mit einer Schnittstelle (2);
3. 1.3 mit einem Spannungsteiler (3);
4. 1.4 mit einem Anschluß für eine Spannungsversorgung (4);
5. 1.5 mit einem Masseanschluß (5); gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
6. 1.6 die Schnittstelle (2) ist derart geschaltet, daß sie Eingang oder Ausgang ist;
7. 1.7 der Leistungsschalter umfaßt eine zweite Schnittstelle (6) für den Anschluß einer Diagnostiziereinheit.

2. Leistungsschalter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor die zweite Schnittstelle (6) ein zweiter Spannungsteiler (7) geschaltet ist, zum Teilen der an der zweiten Schnittstelle (6) anliegenden Spannung.

3. Leistungsschalter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor die zweite Schnittstelle (6) ein Dämpfungsglied (8), insbesondere ein Kondensator geschaltet ist, zum Dämpfen der Schwingungen der an der zweiten Schnittstelle (6) anliegenden Spannung.

4. Leistungsschalter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (1) ein Relais ist.

5. Leistungsschalter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (1) ein Halbleiterschalter ist.

6. Leistungsschalter gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter ein Power-MOSFET ist.

7. Leistungsschalter gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter ein Transistor ist.

8. Leistungsschalter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (3) so ausgeführt ist, daß er die anliegende Spannung halbiert.

9. Leistungsschalter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (3) so ausgeführt ist, daß er die anliegende Spannung derart aufteilt, daß die erzeugte Spannung im Bereich zwischen der Hälfte der Ausgangsspanung und der Ausgangsspannung liegt.

10. Leistungsschalter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (3) so ausgeführt ist, daß er die anliegende Spannung derart aufteilt, daß die erzeugte Spannung im Bereich zwischen Null und der Hälfte der Ausgangsspanung liegt.

11. Leistungsschalter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (3) variabel ist.

12. Leistungsschalter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (1) ein High-Side-Schalter ist.

13. Leistungsschalter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (1) ein Low-Side-Schalter ist.

14. Elektronische Schaltungsanordnung

1. 14.1 mit einem Verbraucher (9);
2. 14.2 mit einem Leistungsschalter (10); der Leistungsschalter (10) umfaßt
- 1. 14.2.1 einen Ein-/Ausschalter (1);
- 2. 14.2.2 eine Schnittstelle (2);
- 3. 14.2.3 einen Spannungsteiler (3);
- 4. 14.2.4 einen Anschluß für eine Spannungsversorgung (4);
- 5. 14.2.5 einen Masseanschluß (5); gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
3. 14.3 die Schnittstelle (2) ist derart geschaltet, daß sie als Eingang oder als Ausgang geschaltet werden kann;
4. 14.4 der Leistungsschalter umfaßt eine zweite Schnittstelle (6) für den Anschluß einer Diagnostiziereinheit.

15. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß vor die zweite Schnittstelle (6) ein zweiter Spannungsteiler (7) geschaltet ist, zum Teilen der an der zweiten Schnittstelle (6) anliegenden Spannung.

16. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß vor die zweite Schnittstelle (6) ein Dämpfungsglied insbesondere ein Kondensator (8) geschaltet ist, zum Dämpfen der Schwingungen der an der zweiten Schnittstelle (6) anliegenden Spannung.

17. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (1) ein Relais ist.

18. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (1) ein Halbleiterschalter ist.

19. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18 mit einem Leistungsschalter gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10.

20. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (3) variabel ist.

21. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (1) ein High-Side-Schalter ist.

22. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (1) ein Low-Side-Schalter ist.

23. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß hinter die zweite Schnittstelle (6) ein Analogeingang eines Analog-Digital-Wandler (11) geschaltet ist.

24. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß an den digitalen Ausgang des Analog-Digital- Wandlers ein Rechner (12) geschaltet ist.

25. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß

1. 25.1 die Schnittstelle (2) als Ausgang geschaltet ist, und
2. 25.2 der Verbraucher (9) an die Schnittstelle (2) geschaltet ist.

26. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß

1. 26.1 die Schnittstelle (2) als Eingang geschaltet ist;
2. 26.2 ein externer Schalter (13) zwischen die Schnittstelle (2) und eine Spannungsversorgung (14) geschaltet ist.

27. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß

1. 27.1 die Schnittstelle (2) als Eingang geschaltet ist;
2. 27.2 ein externer Schalter (13) zwischen die Schnittstelle (2) und Masse (15) geschaltet ist.

28. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter (10) eine eigenständige Baueinheit ist.

29. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter (10) in einem anderen Bauteil der Schaltungsanordnung integriert ist.

30. Elektronische Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter (10) in einem Steuergerät, insbesondere Getriebesteuergerät integriert ist.

31. Verfahren zum Diagnostizieren eines Zustandes einer elektronischen Schaltung mit einer elektronischen Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 30, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. 31.1 zuerst wird mit dem Spannungsteiler (3) ein Leerlaufpegel für eine geöffnete Schnittstelle (2) eingestellt;
2. 31.2 danach wird mit einer Diagnostiziereinheit, die an der zweiten Schnittstelle (6) angeschlossen ist, die an der zweiten Schnittstelle (6) anliegende Spannung ermittelt;
3. 31.3 in Abhängigkeit der Verwendung der Schnittstelle (2) als Ausgang oder als Eingang und in Abhängigkeit der Stellung des Ein- /Ausschalters wird über die ermittelte Spannung der Zustand der elektronischen Schaltungsanordnung diagnostiziert.

32. Verfahren gemäß Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Diagnostiziereinheit einen Analog-Digital-Wandler (11) und einen Rechner (12) umfaßt.

33. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 31 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die an der zweiten Schnittstelle (6) ermittelte Spannung mit einem in Spannungsbänder unterteilten Spannungsbereich verglichen wird, und dadurch auf den Zustand der elektronischen Schaltungsanordnung geschlossen wird.

34. Verfahren gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbänder in ihrem Grenzbereich einander überlagert sind.

35. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 33 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzen der Spannungsbänder durch Programmierung der Diagnostiziereinheit, insbesondere des Rechners (12), festlegbar sind.

36. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 31 bis 35, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. 36.1 die Schnittstelle (2) ist als Ausgang geschaltet;
2. 36.2 der Ein-/Ausschalter (1) ist ein High-Side-Schalter;
3. 36.3 der Ein-/Ausschalter (1) ist geöffnet;
4. 36.4 über die an der zweiten Schnittstelle (6) ermittelte Spannung können vier verschiedene Zustände der elektronischen Schaltungsanordnung erkannt werden:
- a) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, ist die Schaltung an der Schnittstelle (2) unterbrochen, beziehungsweise es ist keine Last angeschlossen (34.4(a));
- b) liegt die ermittelte Spannung liegt in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so liegt an der Schnittstelle (2) ein Kurzschluß gegen Masse vor (34.4(b));
- c) liegt die ermittelte Spannung liegt in einem Spannungsband unterhalb des Spannungsbandes um den Leerlaufpegel und oberhalb des Spannungsbandes in der Nähe von 0 Volt, so liegt an der Schnittstelle (2) eine Last gegen Masse vor (34.4(c));
- d) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so liegt ein Kurzschluß gegen die Spannungsversorgung vor (34.4(d)).

37. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 31 bis 35, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. 37.1 die Schnittstelle (2) ist als Ausgang geschaltet;
2. 37.2 der Ein-/Ausschalter (1) ist ein High-Side-Schalter;
3. 37.3 der Ein-/Ausschalter (1) wird geschlossen;
4. 37.4 über die an der zweiten Schnittstelle (6) ermittelte Spannung können drei verschiedene Zustände der elektronischen Schaltungsanordnung erkannt werden:
- a) wandert die ermittelte Spannung von einem Spannungsband um den Leerlaufpegel in ein Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so arbeitet die Schaltungsanordnung fehlerfrei (35.4(a));
- b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, liegt ein allgemeiner Fehler in der Schaltungsanordnung vor, insbesondere ein Kurzschluß gegen eine externe Fremdspannung beziehungsweise ein defekter Ein-/Ausschalter (1) (35.4(b));
- c) liegt die ermittelte Spannung liegt in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so liegt an der Schnittstelle (2) ein Kurzschluß gegen Masse vor (35.4(c)).

38. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 31 bis 35, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. 38.1 die Schnittstelle (2) ist als Eingang geschaltet;
2. 38.2 der Ein-/Ausschalter (1) ist ein High-Side-Schalter;
3. 38.3 der Ein-/Ausschalter (1) ist geöffnet;
4. 38.4 über die an der zweiten Schnittstelle (6) ermittelte Spannung können drei verschiedene Zustände der elektronischen Schaltungsanordnung erkannt werden:
- a) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, ist die Schaltung an der Schnittstelle (2) unterbrochen, insbesondere durch einen externen geöffneten Schalter (36.4(a));
- b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, ist der externe Schalter (13) gegen die Spannungsversorgung geschlossen (36.4(b));
- c) liegt die ermittelte Spannung liegt in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, ist der externe Schalter (13) gegen Masse geschlossen (36.4(c)).

39. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 31 bis 35, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. 39.1 die Schnittstelle (2) ist als Ausgang geschaltet;
2. 39.2 der Ein-/Ausschalter (1) ist ein Low-Side-Schalter;
3. 39.3 der Ein-/Ausschalter (1) ist geöffnet;
4. 39.4 über die an der zweiten Schnittstelle (6) ermittelte Spannung können vier verschiedene Zustände der elektronischen Schaltungsanordnung erkannt werden:
- a) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, ist die Schaltung an der Schnittstelle (2) unterbrochen beziehungsweise es ist keine Last angeschlossen (37.4(a));
- b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so liegt an der Schnittstelle (2) ein Kurzschluß gegen Masse vor (37.4(b));
- c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so liegt ein Kurzschluß gegen die Spannungsversorgung vor (37.4(c));
- d) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband oberhalb des Spannungsbandes um den Leerlaufpegel und unterhalb des Spannungsbandes in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so liegt an der Schnittstelle (2) eine Last gegen die Spannungsversorgung vor (37.4(d)).

40. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 31 bis 35, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. 40.1 die Schnittstelle (2) ist als Ausgang geschaltet;
2. 40.2 der Ein-/Ausschalter (1) ist ein Low-Side-Schalter;
3. 40.3 der Ein-/Ausschalter (1) wird geschlossen;
4. 40.4 über die an der zweiten Schnittstelle (6) ermittelte Spannung können drei verschiedene Zustände der elektronischen Schaltungsanordnung erkannt werden:
- a) wandert die ermittelte Spannung von einem Spannungsband um den Leerlaufpegel in ein Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, so arbeitet die Schaltungsanordnung fehlerfrei;
- b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, liegt ein allgemeiner Fehler in der Schaltungsanordnung vor, insbesondere ein Kurzschluß gegen eine externe Fremdspannung beziehungsweise ein defekter Ein-/Ausschalter (1);
- c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, so liegt an der Schnittstelle (2) ein Kurzschluß gegen die Spannungsversorgung vor.

41. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 33 bis 35, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. 41.1 die Schnittstelle (2) ist als Eingang geschaltet;
2. 41.2 der Ein-/Ausschalter (1) ist ein Low-Side-Schalter;
3. 41.3 der Ein-/Ausschalter (1) ist geöffnet;
4. 41.4 über die an der zweiten Schnittstelle (6) ermittelte Spannung können drei verschiedene Zustände der elektronischen Schaltungsanordnung erkannt werden:
- a) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband um den Leerlaufpegel, ist die Schaltung an der Schnittstelle (2) unterbrochen, insbesondere durch einen externen geöffneten Schalter;
- b) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe der Spannung der Spannungsversorgung, ist der externe Schalter (13) gegen die Spannungsversorgung geschlossen;
- c) liegt die ermittelte Spannung in einem Spannungsband in der Nähe von 0 Volt, ist der externe Schalter (13) gegen Masse geschlossen.

42. Verfahren gemäß einem der Ansprüch 31 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennen eines Fehlers das fehlerhafte bzw. gefährdete Bauteil insbesondere der Ein-/Ausschalter (1) deaktiviert wird.

43. Verfahren gemäß einem der Ansprüch 31 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennen eines Fehlers ein Warnsignal ausgegeben wird, insbesondere optisch und/oder akustisch.

44. Verfahren gemäß einem der Ansprüch 31 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennen eines Fehlers gefährdete Bauteile deaktiviert werden.

45. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 31 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennen eines Fehlers ein Eintrag in einen Fehlerspeicher unternommen wird.

46. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 31 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Spannungsversorgung gemessen wird;

47. Verfahren gemäß Anspruch 33 und 46, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene Spannung der Spannungsversorgung als Bezugswert in den in Spannungsbänder unterteilten Spannungsbereich einfließt.