-
Die
Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Generierung eines
Ansteuersignals, mit welchem eine an die Schaltungsanordnung ankoppelbare
Leistungsschaltvorrichtung ansteuerbar ist und mit welchem eine
Diagnose der Leistungsschaltvorrichtung aktivierbar ist.
-
Elektronische
Leistungsschaltvorrichtungen, wie z.B. Halbbrücken, Vollbrücken, High-Side-Schalter,
Low-Side-Schalter oder dergleichen, werden bekanntermaßen in vielen
Applikationen zum Schalten von Lasten eingesetzt und sind häufig mit
Diagnoseschaltungen ausgestattet. Über die Diagnoseschaltung können Ströme und Spannungen
gemessen werden. Im eingeschalteten Zustand kann mittels einer Strommessung
nach geeigneter Filterzeit der Fehlertyp "Kurzschluss über Last" erkannt werden. Im ausgeschalteten
Zustand kann mittels einer Spannungsmessung am Ausgang der elektronischen
Leistungsschaltvorrichtung und einer nachgeschalteten geeigneten
Diagnoseschaltung ein Fehlertyp "Leitungsbruch" sowie ein Fehlertyp "Kurzschluss über die
Leistungsschaltvorrichtung" detektiert
werden.
-
Lasten,
die regelmäßig ihren
Schaltzustand ändern,
liefern somit ständig
Diagnoseergebnisse für alle
drei oben genannten Fehlertypen. Lasten aber, die meist eingeschaltet
oder ausgeschaltet sind, können
nur einen Teil der Diagnosen liefern. Ein Beispiel für eine meist
eingeschaltete Last ist das Hauptrelais im KFZ, bei dem aufgrund
des meist eingeschalteten Zustands ausschließlich Strommessungen durchgeführt werden
können
und somit ausschließlich
der Fehlertyp "Kurzschluss über Last" detektierbar ist. Ein
Beispiel für
eine Last, die meist ausgeschaltet ist, ist das Startrelais im KFZ.
Beim Startrelais im KFZ können
außer
beim Starten des KFZs ausschließlich Spannungsmessungen
durchgeführt
wer den. Das bedeutet, dass beim Startrelais im KFZ nur die Fehlertypen "Kurzschluss über Leistungsschaltvorrichtung" und "Leitungsbruch" detektierbar sind.
Hingegen ist beim Startrelais im KFZ durch die in der Leistungsschaltvorrichtung
geschaltete Last der Fehlertyp "Kurzschluss über Last" nicht detektierbar.
-
Bekanntermaßen werden,
um bei allen Lasten alle möglichen
Fehlertypen detektieren zu können,
sehr kurze Ein- und Ausschaltpulse mittels Software generiert. Die
Ein- und Ausschaltpulse müssen derart
kurz sein, so dass die geschaltete Last nicht abfällt oder
anzieht. Die Ein- und Ausschaltpulse dürfen also keine Auswirkung
auf die Funktion bzw. den Betriebszustand der geschalteten Last
haben. Nachteiligerweise ist es nicht auszuschließen, dass
die mittels Software generierten Diagnosepulse aufgrund von Interrupts
durch Anwendungen höherer Priorität in ihrer
Dauer variieren. Wird beispielsweise ein Ausschaltpuls durch einen
Interrupt unterbrochen, so ist es denkbar, dass die geschaltete
Last abfällt.
Nachteiligerweise werden des Weiteren durch die mittels Software
generierten Ein- und Ausschaltpulse Ressourcen, wie Speicher der
elektronischen Steuereinrichtung, welche die Leistungsschaltvorrichtung
steuert, deren Timer sowie deren Rechenleistung gebunden. Demnach
sind die mittels Software generierten Ein- und Ausschaltpulse kostenintensiv.
Des Weiteren müssen
die mittels Software generierten Ein- und Ausschaltpulse zu der entsprechenden
Leistungsschaltvorrichtung übertragen
werden. Dies beansprucht einen enormen Zeitaufwand und schafft Probleme
bei der Echtzeitrealisierung der Diagnose.
-
Die
DE 199 54 037 A1 offenbart
ein Verfahren zum Überwachen
der Funktionsfähigkeit
eines Bauelementes eines elektrischen Gerätes während des Betriebs. Zum Überwachen
der Haltekraft eines Permanentmagneten, der als Teil eines Auslösemagneten
in einem Überstromauslöser eines
in ein Energieverteilungsnetz eingebundenen Leistungsschalters angeordnet
ist, wird die Auslösespule
des Auslösemagneten
vor einem prognostizier ten Ansprechen mit einem Stromimpuls belastet,
dessen Dauer kürzer
als die für
ein erwünschtes
Ansprechen erforderliche Dauer ist.
-
Aus
der
US 4 868 826 geht
eine Schaltung mit einem XOR-Gatter hervor, das eingangsseitig ein Ein-/Ausschaltsignal
und einen Diagnosepuls empfängt
und in Abhängigkeit
von den empfangenen Signalen ausgangsseitig ein Ansteuersignal für einen MOSFET-Transistor
bereitstellt. Dabei wird der Diagnosepuls an einer Testpuls-Schaltung
und einem Oszillator erzeugt.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Schaltungsanordnung
zur Generierung eines Ansteuersignals bereitzustellen, mit welchem
eine an die Schaltungsanordnung ankoppelbare Leistungsschaltvorrichtung
ansteuerbar ist und mit welchem eine Diagnose der Leistungsschaltvorrichtung
für eine
konstante Diagnosedauer aktivierbar ist.
-
Erfindungsgemäß wird die
gestellte Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Vorteilhafterweise
wird durch die hardwaretechnische Generierung mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
der Diagnosepulse sichergestellt, dass diese eine konstante Dauer
aufweisen. Außerdem
ist dadurch auch sichergestellt, dass die Generierung der Diagnosepulse
mit einer konstanten Dauer unabhängig
von jeglichen Interrupts ist. Somit ist erfindungsgemäß sichergestellt, dass
ein Diagnosepuls aufgrund eines Interrupts nicht derart verlängert wird,
so dass die zu schaltende Last ihren Betriebszustand ändert und
diese abfällt
bzw. anzieht.
-
Des
Weiteren werden durch die hardwaretechnische Generierung der Diagnosepulse
Hard- und Softwareressourcen eingespart.
-
Des
Weiteren werden bei der elektronischen Steuereinrichtung, welche
die Leistungsschaltvorrichtung ansteuert, Speicherressourcen und
Timerressourcen eingespart. Auch werden Pins der elektronischen
Speichervorrichtung eingespart, da die Diagnosepulse nicht erst über eine
parallele Ansteuerung von der elektronischen Speichereinrichtung
an die Leistungsschaltvorrichtung übertragen werden müssen.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
-
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die konstante Dauer
derart kurz bemessen, so dass die Last ihren Betriebszustand nicht ändert. Somit
wird die Leistungsschaltvorrichtung zwar kurz ein- bzw. ausgeschaltet,
die zu schaltende Last ändert
aufgrund des sehr kurzen Schaltwechsels der Leistungsschaltvorrichtung
ihren Betriebszustand nicht.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Schaltungsanordnung
einen Timer auf, welcher die konstante Dauer des Diagnosepulses
der Pulserzeugungsvorrichtung bereitstellt. Vorteilhafterweise stellt
der Timer sicher, dass die Dauer für den Diagnosepuls tatsächlich konstant
ist.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Timer als ein einstellbarer
Timer ausgebildet, welcher über
einen zweiten Eingangspin der Schaltungsanordnung ein Einstellsignal
empfängt,
mit welchem die konstante Dauer einstellbar ist. Vorteilhafterweise
kann die konstante Dauer für den
Diagnosepuls anwendungsspezifisch für verschiedene Diagnosen eingestellt
werden. Beispielsweise überträgt die elektronische
Steuereinrichtung, welche die Leistungsschaltvorrichtung ansteuert, über eine
periphere, serielle Schnittstelle, welche die Schaltungsanordnung
mit der elektronischen Steuereinrichtung koppelt, das Einstellsignal
an die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.
-
Gemäß der Erfindung
weist die Schaltungsanordnung einen dritten Eingangspin auf, an
welchem eine Einschaltanforderung zum Aktivieren der Pulserzeugungsvorrichtung
anliegt, wobei die aktivierte Pulserzeugungsvorrichtung einen Diagnosepuls
mit einem ersten logischen Pegel für die konstante Dauer generiert,
mit dem zum Zwecke der Diagnose die angekoppelte Leistungsschaltvorrichtung für die konstante
Dauer kurz einschaltbar ist. Beispielsweise kann somit die elektronische
Steuereinrichtung die Einschaltanforderung generieren und an die
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung übertragen,
um das Einschalten einer ständig
ausgeschalteten Last für
die Diagnose zu steuern.
-
Gemäß der Erfindung
weist die Schaltungsanordnung einen vierten Eingangspin auf, an
welchem eine Ausschaltanforderung zum Aktivieren der Pulserzeugungsvorrichtung
anliegt, wobei die aktivierte Pulserzeugungsvorrichtung einen Diagnosepuls
mit einem zweiten logischen Pegel für die konstante Dauer generiert,
mit dem zum Zwecke der Diagnose die angekoppelte Leistungsschaltvorrichtung für die konstante
Dauer kurz ausschaltbar ist. Beispielsweise kann somit die elektronische
Steuereinrichtung, welche die Leistungsschaltvorrichtung ansteuert,
die Ausschaltanforderung über
den vierten Eingangspin an die Schaltungsanordnung übertragen,
um eine ständig
eingeschaltete Last für
eine konstante Diagnosedauer kurz auszuschalten.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der erste logische Pegel
als ein positiver logischer Pegel und der zweite logische Pegel
als ein negativer logischer Pegel ausgestaltet.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung als
ein Teil einer Diagnoseschaltung für die Leistungsschaltvorrichtung
ausgebildet. Vorteilhafterweise generiert dann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung den
Diagnosepuls direkt vor Ort, ohne dazwischengeschaltete Übertragungseinrichtungen.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren
angegebenen Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 ein
schematisches Blockschaltbild eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
zur Generierung eines Ansteuersignals;
-
2a ein
Diagramm zur Darstellung eines erfindungsgemäßen Ansteuersignals, welches
mit einem Diagnosepuls für
eine ständig
eingeschaltete Last überlagert
ist; und
-
2b ein
Diagramm eines erfindungsgemäßen Ansteuersignals,
welches mit einem Diagnosepuls für
eine ständig
ausgeschaltete Last überlagert
ist.
-
In
allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Signale – sofern
nichts anderes angegeben ist – mit
denselben Bezugszeichen versehen worden.
-
1 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 zur
Generierung eines Ansteuersignals AS.
-
Mittels
des erfindungsgemäßen Ansteuersignals
AS ist eine an die Schaltungsanordnung 1 ankoppelbare Leistungsschaltvorrichtung 7 ansteuerbar
und eine Diagnose der Leistungsschaltvorrichtung 7 aktivierbar.
Beispielsweise wird die Diagnose der Leistungsschaltvorrichtung 7 durch
eine Diagnoseschaltung (nicht gezeigt) durchgeführt, wobei die Diagnose eben
durch das erfindungsgemäße Ansteuersignal
AS aktivierbar ist. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 also
ein Teil der Diagnoseschaltung für
die Leistungsschaltvorrichtung 7 ausgebildet.
-
Die
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 weist
einen ersten, zweiten, dritten und vierten Eingangspin 21–24,
eine Pulserzeugungsvorrichtung 3, eine Überlagerungsvorrichtung 4,
einen Timer 5 und einen Eingangspin 6 auf.
-
An
dem ersten Eingangspin 21 liegt ein Ein-/Ausschaltsignal
EA an, mit dem die Leistungsschaltvorrichtung 7 zum Schalten einer
mit der Leistungsschaltvorrichtung 7 koppelbaren Last 8 einschaltbar
und ausschaltbar ist. Die zu schaltende Last 8 ist beispielsweise
als ein Relais, als eine Lampe, als ein Kleinlüfter, als ein Startrelais oder
als eine Tankentlüftungsvorrichtung
ausgebildet. Die Leistungsschaltvorrichtung 7 schaltet
die Last 8 abhängig von
dem Ein-/Ausschaltsignal EA mittels eines Steuersignals SS von einem
ersten Betriebszustand, z. B. Aus, in einen zweiten Betriebszustand,
z. B. Ein, und umgekehrt.
-
Die
Pulserzeugungsvorrichtung 3 generiert einen Diagnosepuls
DP einer konstanten Dauer T, mit welchem die Leistungsschaltvorrichtung 7 für eine Diagnose
der Leistungsschaltvorrichtung 7 kurz ein- oder ausschaltbar
ist. Vorzugsweise schaltet ein Diagnosepuls DP mit einem ersten
logischen Signalpegel die Leistungsschaltvorrichtung 7 kurz
ein, während
ein Diagnosepuls mit einem zweiten logischen Signalpegel die Leistungsschaltvorrichtung 7 kurz ausschaltet.
Beispielsweise ist der erste logische Pegel als ein positiver logischer
Pegel und der zweite logische Pegel als ein negativer logischer
Pegel ausgestaltet. Vorzugsweise generiert die Pulserzeugungsvorrichtung 3 den
Diagnosepuls DP mit einer konstanten Dauer T zu vorbestimmbaren
Zeitpunkten.
-
Die Überlagerungsvorrichtung 4 überlagert das
anliegende Ein-/Ausschaltsignal EA mit dem generierten Diagnosepuls
DP zur Ausbildung des Ansteuersignals AS.
-
Vorzugsweise
weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 einen
Timer 5 auf, welcher die konstante Dauer T für den Diagnosepuls
DP der Pulserzeugungsvorrichtung 3 bereitstellt. Beispielsweise
ist der Timer 5 derart ausgebildet, dass die konstante
Dauer T für
den Diagnosepuls DP fest eingestellt ist.
-
Alternativ
kann der Timer 5 auch als ein einstellbarer Timer ausgebildet
sein, welcher über
einen zweiten Eingangspin 22 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 ein
Einstellsignal ES empfängt,
mit welchem die konstante Dauer T einstellbar ist. Vorteilhafterweise
kann somit die konstante Dauer T mittels des Einstellsignals ES
für verschiedene Diagnosen
oder Diagnoseanwendungen unterschiedlich eingestellt werden. Beispielsweise überträgt eine
elektronische Steuervorrichtung, welche die Leistungsschaltvorrichtung 7 ansteuert,
das Einstellsignal ES an die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1.
-
An
dem dritten Eingangspin 23 liegt vorzugsweise eine Einschaltanforderung
EF an, mit der die Pulserzeugungsvorrichtung 3 derart aktivierbar
ist, dass sie einen Diagnosepuls DP mit einem positiven logischen
Pegel für
die konstante Dauer T generiert, mit dem zum Zwecke der Diagnose
die angekoppelte Leistungsschaltvorrichtung 7 für die konstante
Dauer T einschaltbar ist. Ein positiver logischer Pegel des Diagnosepulses
DP schaltet beispielsweise eine ständig ausgeschaltete Last 8 für eine kurze,
durch die konstante Dauer T definierte Diagnosedauer ein.
-
An
dem vierten Eingangspin 24 liegt vorzugsweise eine Ausschaltanforderung
AF an, mit der die Pulserzeugungsvorrichtung 3 derart aktivierbar ist,
dass sie einen Diagnosepuls DP mit einem negativen logischen Pegel
für die
konstante Dauer T generiert, mit dem zum Zwecke der Diagnose die
angekoppelte Leistungsschaltvorrichtung 7 für die konstante
Dauer T ausschaltbar ist. Beispielsweise schaltet ein negativer
logischer Pegel des Diagnosepulses DP eine ständig eingeschaltete Last 8 für die konstante
Dauer T kurz aus.
-
2a zeigt
ein Diagramm zur Darstellung eines erfindungsgemäßen Ansteuersignals AS, welches
mit einem Diagnosepuls DP für
eine ständig
eingeschaltete Last 8 überlagert
ist. Eine ständig
eingeschaltete Last 8 ist dadurch gekennzeichnet, dass das
Ein-/Ausschaltsignal EA stets einen positiven logischen Pegel (hier:
1) aufweist. Beispielsweise wird aber zum Zeitpunkt t1 ein Diagnosepuls
DP von der Generierungseinheit 3 mit einem negativen logischen Pegel
generiert. Somit wird das Ansteuersignal AS mittels der Überlagerungsvorrichtung 4 für die konstante
Dauer T auf einen negativen logischen Pegel gesetzt und somit ist
die angekoppelte Leistungsschaltvorrichtung 7 für die konstante
Dauer T zum Zwecke der Diagnose ausgeschaltet. Nach Ablauf der konstanten
Zeitdauer T, also zum Zeitpunkt t2 ist der Diagnosepuls DP terminiert
und das Ansteuersignal AS beträgt
wieder den logischen Pegel des Ein-/Ausschaltsignals EA.
-
2b zeigt
ein Diagramm eines erfindungsgemäßen Ansteuersignals
AS, welches mit einem Diagnosepuls DP für eine ständig ausgeschaltete Last 8 überlagert
ist. Eine ständig
ausgeschaltete Last 8 ist dadurch gekennzeichnet, dass
das Ein-/Ausschaltsignal
EA für
diese ständig
ausgeschaltete Last 8 stets einen negativen logischen Pegel
(hier: 0) beträgt.
Generiert aber die Pulserzeugungsvorrichtung 3 zum Zeitpunkt
t3 einen Diagnosepuls DP mit einem positiven logischen Pegel, so wird
für die
konstante Dauer T das Ansteuersignal AS für die ständig ausgeschaltete Last 8 auf
einen positiven logischen Pegel gesetzt und die Leistungsschaltvorrichtung 7 wird
für die
kurze, konstante Zeitdauer T zum Zwecke der Diagnose eingeschaltet. Zum
Zeitpunkt t4, d.h. nach Ablauf der konstanten Zeitdauer T fällt der
Diagnosepuls DP wieder ab und das Ansteuersignal AS weist wieder
den logischen Pegel des Ein-/Ausschaltsignals EA auf.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben
wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar. Beispielsweise ist es denkbar, anstatt
des positiven logischen Signalpegels und des negativen logischen Signalpegels
jegliche andere Logik zur Unterscheidung von zwei Zuständen für den Diagnosepuls
einzusetzen.