DE102004058018A1

DE102004058018A1 - Steuerschaltung für eine Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE102004058018A1
Application number: DE102004058018A
Authority: DE
Inventors: Bastian Arndt; Ralf Dr. Förster; Gunther Wolfarth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2006-06-22
Also published as: JP2008521697A; CN101069013A; EP1817493B1; KR20070084233A; US20080212254A1; DE502005005432D1; WO2006058866A1; EP1817493A1

Abstract

Eine Steuerschaltung (5) für eine Schaltungsanordnung umfasst ein Relais (1) und einen Schalter (3). Die Steuerschaltung (5) ist ausgebildet zum Erzeugen eines Haltesignals (HOLD) für eine vorgegebene Zeitdauer (TD), wenn ihr ein Startsignal (START) zugeführt wird. Ferner ist die Steuerschaltung (5) ausgebildet zum Erzeugen des Haltesignals (HOLD) für die vorgegebene Zeitdauer (TD) unabhängig von einem weiteren Verlauf des Startsignals (START) während der vorgegebenen Zeitdauer (TD). Die Steuerschaltung (5) ist ferner ausgebildet zum Aktivieren eines Schaltausgangs (SWOUT), solange mindestens eine von zwei Bedingungen erfüllt ist. Der Schalter (3) ermöglicht ein Bestromen des Relais (1), wenn der Schaltausgang (SWOUT) aktiviert ist, und verhindert ansonsten das Bestromen des Relais (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für eine Schaltungsanordnung, die ein Relais und einen Schalter umfasst, der abhängig von seiner Schaltstellung ein Bestromen des Relais entweder ermöglicht oder verhindert.

In der DE 100 05 778 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Relais offenbart, das einen Starter einer Brennkraftmaschine, die in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, elektrisch mit einer Batterie verbindet oder von dieser trennt. Die Schaltungsanordnung ist so ausgebildet, dass das Relais bei einem befristeten Spannungseinbruch der Batterie aktiviert bleibt. Eine Speicherschaltung mit einer Verriegelungsschaltung ist elektrisch zwischen einem Rechner und einer Endstufe zur Ansteuerung des Relais angeordnet. Die Speicherschaltung speichert bei dem Spannungseinbruch der Batterie ein Schaltsignal, das von dem Rechner erzeugt wird, und behält so die entsprechende Schaltstellung des Relais bei. Der Rechner, der während des Spannungseinbruchs der Batterie in einen Rücksetzzustand übergeht, wird nach Beendigung des Spannungseinbruchs der Batterie reaktiviert und steuert die Verriegelungsschaltung derart, dass das Relais wieder über das Schaltsignal von dem Rechner gesteuert wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Steuerschaltung zu schaffen, die ein Relais zuverlässig steuert.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Steuerschaltung für eine Schaltungsanordnung, die ein Relais und einen Schalter umfasst. Der Schalter ermöglicht oder verhindert abhängig von seiner Schaltstellung ein Bestromen des Relais. Die Steuerschaltung ist ausgebildet zum Erzeugen eines Haltesignals für eine vorgegebene Zeitdauer, wenn ihr ein Startsignal zugeführt wird. Ferner ist die Steuerschaltung ausgebildet zum Erzeugen des Haltesignals für die vorgegebene Zeitdauer unabhängig von einem weiteren Verlauf des Startsignals während der vorgegebenen Zeitdauer. Die Steuerschaltung ist ferner ausgebildet zum Aktivieren eines Schaltausgangs, solange mindestens eine von zwei Bedingungen erfüllt ist, und zum ansonsten Deaktivieren des Schaltausgangs. Die erste Bedingung ist erfüllt, wenn der Steuerschaltung ein Schaltsignal zugeführt wird. Die zweite Bedingung ist erfüllt, wenn der Schaltausgang zum Beginn des Erzeugens des Haltesignals aktiviert ist und das Haltesignal erzeugt wird. Der Schaltausgang ist elektrisch derart mit dem Schalter gekoppelt, dass der Schalter ein Bestromen des Relais ermöglicht, wenn der Schaltausgang aktiviert ist, und der Schalter ansonsten das Bestromen des Relais verhindert.

Der Vorteil der Steuerschaltung ist, dass das Haltesignal für die vorgegebene Zeitdauer unabhängig von einem weiteren Verlauf des Startsignals während der vorgegebenen Zeitdauer erzeugt wird. Dadurch ist die Steuerschaltung robust gegenüber Störsignalen, die während der vorgegebenen Zeitdauer auftreten können. Somit ist sichergestellt, dass das Haltesignal nur für die vorgegebene Zeitdauer erzeugt wird, die sich an den Zeitpunkt anschließt, zu dem das Startsignal ausgelöst wurde. Dies ermöglicht ein zuverlässiges Steuern des Relais.

Vorzugsweise ist die Steuerschaltung mit einer Steuereinheit koppelbar, die ausgebildet ist, das Schaltsignal zu erzeugen und der Steuerschaltung zuzuführen. Die Steuereinheit kann somit das Relais über die Steuerschaltung und den Schalter steuern. Das Startsignal wird vorzugsweise erzeugt, wenn die Steuereinheit zurückgesetzt wird. Die Steuerschaltung hat dann den Vorteil, dass ein Schaltzustand des Relais aufrecht erhalten werden kann, während die Steuereinheit zurückgesetzt wird, und so ein Starten, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, auch bei einer geringen Batteriespannung möglich ist. Das Bestromen des Relais wird jedoch aus Sicherheitsgründen nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer beendet, falls die Steuereinheit das Schaltsignal noch nicht wieder erzeugen kann, weil beispielsweise das Zurücksetzen der Steuereinheit noch nicht beendet ist. Das Zurücksetzen der Steuereinheit kann beispielsweise ausgelöst werden durch die zu geringe Batteriespannung, die während einer Startphase einer Brennkraftmaschine in dem Kraftfahrzeug auftreten kann.

Ferner kann die Steuerschaltung einfach und preisgünstig als anwendungsspezifische integrierte Schaltung ausgebildet werden. Die Steuerschaltung kann so ausgebildet werden, dass sie einfach diagnostizierbar ist, beispielsweise durch die Steuereinheit, um einen zuverlässigen Betrieb der Steuerschaltung sicherstellen zu können. Die Steuereinheit kann beispielsweise auch ausgebildet sein, um Stellglieder der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs zu steuern oder um Messwerte von Sensoren der Brennkraftmaschine zu erfassen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Steuerschaltung einen getakteten Zähler auf, der ausgebildet ist, durch das Startsignal gestartet zu werden und für die vorgegebene Zeitdauer das Haltesignal zu erzeugen. Dies hat den Vorteil, dass eine solche Steuerschaltung einfach in eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung integrierbar ist, da keine Kapazität erforderlich ist zum Vorgeben der Zeitdauer. Ferner ist die Steuerschaltung so einfach überprüfbar. Der getaktete Zähler kann erst dann erneut gestartet werden, wenn die vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Steuerschaltung ein Mono-Flop auf, das ausgebildet ist, durch das Startsignal gestartet zu werden und für die vorgegebene Zeitdauer das Haltesignal zu erzeugen. Das Mono-Flop kann erst dann erneut gestartet werden, wenn die vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuerschaltung ausgebildet, abhängig von einem Stoppsignal den Schaltausgang zu deaktivieren, wenn das Schaltsignal nicht erzeugt wird und das Haltesignal erzeugt wird. Vorzugsweise ist die Steuereinheit ausgebildet, das Stoppsignal zu erzeugen und der Steuerschaltung zuzuführen. Die Steuereinheit kann so noch vor Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer den Schaltausgang deaktivieren. Der Vorteil ist, dass das Relais nur so lange wie erforderlich bestromt wird.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Steuerschaltung ausgebildet ist zum Sperren oder Zulassen des Deaktivierens des Schaltausgangs durch das Stoppsignal abhängig von einem Stoppsteuersignal. Dies hat den Vorteil, dass ein ungewolltes Deaktivieren des Schaltausgangs verhindert werden kann durch das Sperren des Stoppsignals. Die Steuerschaltung ist somit robust gegenüber Störsignalen, die insbesondere durch das Zurücksetzen der Steuereinheit auftreten können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Steuerschaltung ist ein Komparator vorgesehen, der elektrisch mit dem Schalter gekoppelt ist und der einen Schaltzustandswert des Schalters ermittelt durch Vergleichen eines Spannungsabfalls über dem Schalter mit einer vorgegebenen Schwellenspannung. Dies hat den Vorteil, dass die tatsächliche Schaltstellung des Schalters einfach ermittelbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
1 eine Schaltungsanordnung,
2 ein Spannungs-Zeit-Diagramm.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Relais 1, einer Batterie 2, einem Schalter 3, einer Steuereinheit 4, einer Steuerschaltung 5 und einer Spannungsaufbereitungseinheit 6. In 2 ist ein Spannungs-Zeit-Diagramm einer Batteriespannung VBAT der Batterie 2 während einer Startphase einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug dargestellt. Die Batterie 2 hat eine Nennspannung von 12 Volt. Die Batterie 2 kann jedoch auch eine andere Nennspannung aufweisen.
Die Batteriespannung VBAT bricht während der Startphase aufgrund eines hohen Strombedarfs des Starters ein, beispielsweise auf etwa 6 Volt. Die Startphase dauert beispielsweise bis zu 10 Sekunden. Kurzzeitig, für beispielsweise etwa 50 bis 100 Millisekunden, kann die Batteriespannung VBAT auf weniger als 6 Volt einbrechen. Die Spannungen sind abhängig von einem Ladezustand der Batterie 2 und von dem jeweiligen Fahrzeug.
Die Batterie ist elektrisch mit dem Relais 1 und der Spannungsaufbereitungseinheit 6 gekoppelt und führt diesen die Batteriespannung VBAT zu. Das Relais 1 ist elektrisch mit dem Schalter 3 gekoppelt. Der Schalter 3 ermöglicht oder verhindert ein Bestromen des Relais 1 abhängig von einer Schaltstellung des Schalters 3. Das Relais 1 ist ausgebildet zum Schalten von elektrischen Lasten, wie beispielsweise eines Starters oder einer Kraftstoffpumpe in einem Kraftfahrzeug.
Die Spannungsaufbereitungseinheit 6 ist elektrisch mit der Steuereinheit 4 und der Steuerschaltung 5 gekoppelt. Die Spannungsaufbereitungseinheit 6 erzeugt aus der ihr zugeführten Batteriespannung VBAT eine Betriebsspannung VCC der Steuereinheit 4 und eine Betriebsspannung VDD der Steuerschaltung 5. Die Betriebsspannung VDD kann auch separat von der Spannungsaufbereitungseinheit 6 aus der Batteriespannung VBAT oder aus einer anderen Spannungsquelle erzeugt werden. Ferner ist die Spannungsaufbereitungseinheit 6 ausgebildet zum Erzeugen eines Rücksetzsignals RES und eines Spannungszustandssignals VOK.
Das Rücksetzsignal RES wird zu einem Zeitpunkt t1 erzeugt, zu dem die Batteriespannung VBAT kleiner wird als eine Mindestspannung, beispielsweise 5,5 Volt, die erforderlich ist, um die Betriebsspannung VCC der Steuereinheit 4 zu erzeugen, die beispielsweise 5 Volt beträgt. Das Rücksetzsignal RES wird der Steuereinheit 4 zugeführt und setzt diese zurück.
Für ein Aufrechterhalten der Betriebsspannung VDD der Steuerschaltung 5, die beispielsweise 3,5 Volt beträgt, ist vor zugsweise eine geringere Mindestspannung erforderlich als für das Aufrechterhalten der Betriebsspannung VCC der Steuereinheit 4, so dass die Steuerschaltung 5 auch dann noch betrieben werden kann, wenn die Betriebsspannung VCC der Steuereinheit 4 nicht mehr zur Verfügung steht.
Das Spannungszustandssignal VOK signalisiert, dass die Betriebsspannung VCC der Steuereinheit 4 zur Verfügung steht und die Steuereinheit 4 betrieben werden kann. Dies ist vor dem Zeitpunkt t1 der Fall und nach einem Zeitpunkt t2, wenn die Batteriespannung VBAT wieder größer ist als die Mindestspannung. Das Spannungszustandssignal VOK wird somit für eine Zeitdauer TR von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 erzeugt.
Die Steuereinheit 4 ist elektrisch mit der Steuerschaltung 5 gekoppelt und die Steuerschaltung 5 ist elektrisch mit dem Schalter 3 gekoppelt. Die Steuereinheit 4 ist ausgebildet zum Erzeugen eines Schaltsignals SWON zum Steuern des Schalters 3 mittels der Steuerschaltung 5. Das Schaltsignal SWON wird der Steuerschaltung 5 zugeführt. Das Schaltsignal SWON kann auch beispielsweise durch einen mechanischen Schalter, wie den Zündschalter, oder auf andere Weise erzeugt werden. Die Steuerschaltung 5 weist einen Schaltausgang SWOUT auf, der elektrisch mit dem Schalter 3 gekoppelt ist. Der Schalter 3 verhindert das Bestromen des Relais 1, wenn der Schaltausgang SWOUT deaktiviert ist, und ermöglicht das Bestromen des Relais 1, wenn der Schaltausgang SWOUT aktiviert ist.
Die Steuerschaltung 5 umfasst eine Zeitschaltvorrichtung 7, ein And-Gatter 8, ein Or-Gatter 9 und ein Nand-Gatter 10. Das Schaltsignal SWON wird dem Or-Gatter 9 an einem ersten Eingang des Or-Gatters 9 zugeführt. Ein Ausgang des Or-Gatters 9 bildet den Schaltausgang SWOUT, der mit einem ersten Eingang des And-Gatters 8 gekoppelt ist. Ein Ausgang des And-Gatters 8 ist mit einem zweiten Eingang des Or-Gatters 9 gekoppelt.
Das Rücksetzsignal RES bildet ein Startsignal START, das der Zeitschaltvorrichtung 7 zugeführt wird. Das Startsignal START kann alternativ auch durch ein Deaktivieren des Schaltsignals SWON erzeugt werden. Ferner kann das Startsignal START alternativ auch durch eine logische Verknüpfung aus dem Rücksetzsignal RES und dem Schaltsignals SWON oder auf andere Weise erzeugt werden.
Die Zeitschaltvorrichtung 7 ist ausgebildet, ein Haltesignal HOLD zu erzeugen, das dem And-Gatter 8 an einem zweiten Eingang des And-Gatters 8 zugeführt wird. Die Steuereinheit 4 ist ferner ausgebildet, ein Stoppsignal STOP zu erzeugen, das dem Nand-Gatter 10 zugeführt wird. Dem Nand-Gatter 10 wird ferner das Spannungszustandssignal VOK zugeführt. Ein Ausgang des Nand-Gatters 10 ist mit einem dritten Eingang des And-Gatters 8 gekoppelt.
Die Zeitschaltvorrichtung 7, die beispielsweise als eine monostabile Kippschaltung, die auch als Mono-Flop bezeichnet wird, oder als ein getakteter Zähler ausgebildet ist, wird durch das Startsignal START gestartet, beispielsweise durch eine fallende Flanke, und erzeugt daraufhin für eine vorgegebene Zeitdauer TD das Haltesignal HOLD. Die vorgegebene Zeitdauer TD wird von dem Zeitpunkt t1 bis zu einem Zeitpunkt t3 erzeugt und beträgt vorzugsweise zwischen 200 Millisekunden und 2 Sekunden, kann jedoch auch kürzer oder länger sein.
Der Schaltausgang SWOUT ist aktiviert, wenn das Schaltsignal SWON von der Steuereinheit 4 erzeugt wird. Ferner ist der Schaltausgang SWOUT aktiviert, wenn die Zeitschaltvorrichtung 7 das Haltesignal HOLD erzeugt, der Ausgang des Nand-Gatters 10 aktiviert ist und wenn der Schaltausgang SWOUT zum Beginn des Erzeugens des Haltesignals HOLD aktiviert ist. Andernfalls ist der Schaltausgang SWOUT deaktiviert.
Durch das Zurücksetzen der Steuereinheit 4 wird das Schaltsignal SWON von der Steuereinheit 4 nicht erzeugt, sodass während des Zurücksetzens der Steuereinheit 4 der Schaltausgang SWOUT für die vorgegebene Zeitdauer T aktiviert bleibt, wenn der Schaltausgang SWOUT zu dem Zeitpunkt t1 bereits aktiviert war. Nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer TD wird der Schaltausgang SWOUT deaktiviert, wenn die Steuereinheit 4 nicht bis zu dem Zeitpunkt t3 wieder das Schaltsignal SWON erzeugt. Während der vorgegebenen Zeitdauer TD kann die Zeitschaltvorrichtung 7 durch das Startsignal START nicht erneut gestartet werden. Dadurch ist sichergestellt, dass das Relais 1 spätestens zu dem Zeitpunkt t3 nicht mehr bestromt wird, falls das Bestromen des Relais nicht durch das Erzeugen des Startsignals SWON aufrecht erhalten wird. Die Steuerschaltung 5 ist so robust gegenüber Störsignalen, die insbesondere während der Startphase der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs auftreten können.
Während der vorgegebenen Zeitdauer TD kann der Schaltausgang SWOUT deaktiviert werden, wenn das Spannungszustandssignal VOK durch einen H-Pegel signalisiert, dass die Betriebsspannung VCC der Steuereinheit 4 zur Verfügung steht und wenn die Steuereinheit 4 das Stoppsignal erzeugt. Dadurch besteht die Möglichkeit, das Bestromen des Relais 1 abzubrechen, wenn die Steuereinheit 4 nach dem Zurücksetzen wieder betriebsbereit ist. Dadurch kann verhindert werden, dass das Relais 1 unnötig lange bestromt wird. Das Spannungszustandssignal VOK wird als ein Stopsteuersignal genutzt, das das Stoppsignal STOP für die Zeitdauer TR durch einen L-Pegel sperrt und nach Ablauf der Zeitdauer TR durch einen H-Pegel wieder zulässt. Das Deaktivieren des Schaltausgangs SWOUT kann also nur zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t3 erfolgen, wenn die Zeitdauer TR kürzer ist als die vorgegebene Zeitdauer TD. Ist die Zeitdauer TR länger als die vorgegebene Zeitdauer TD, so wird der Schaltausgang SWOUT nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer TD deaktiviert.
Die Schaltungsanordnung weist ferner einen Komparator 11 auf, der eingangsseitig mit dem Schalter 3 und dem Relais 1 derart elektrisch gekoppelt ist, dass dem Komparator 11 ein Spannungsabfall über dem Schalter 3 zugeführt wird. Dem Komparator 11 wird ferner eine Schwellenspannung UTH zugeführt. Der Komparator 11 vergleicht den Spannungsabfall über dem Schalter 3 mit der Schwellenspannung UTH und erzeugt abhängig von diesen einen Schaltzustandswert SWSTATE, der der Steuereinheit 4 zugeführt wird. Die Schwellenspannung UTH, die beispielsweise etwa 2 Volt beträgt, ist so bemessen, dass die Schaltstellung des Schalters 3, also der Schalter 3 ist geschlossen oder der Schalter 3 ist geöffnet, durch den Schaltzustandswert SWSTATE der Steuereinheit 4 zugeführt wird.

Claims

Steuerschaltung für eine Schaltungsanordnung, die ein Relais (1) und einen Schalter (3) umfasst, der abhängig von seiner Schaltstellung ein Bestromen des Relais (1) entweder ermöglicht oder verhindert, wobei die Steuerschaltung (5) ausgebildet ist – zum Erzeugen eines Haltesignals (HOLD) für eine vorgegebene Zeitdauer (TD), wenn ihr ein Startsignal (START) zugeführt wird, – zum Erzeugen des Haltesignals (HOLD) für die vorgegebene Zeitdauer (TD) unabhängig von einem weiteren Verlauf des Startsignals während der vorgegebenen Zeitdauer (TD), und – zum Aktivieren eines Schaltausgangs (SWOUT), solange mindestens eine von zwei Bedingungen erfüllt ist, und zum ansonsten Deaktivieren des Schaltausgangs (SWOUT), wobei die erste Bedingung erfüllt ist, wenn der Steuerschaltung (5) ein Schaltsignal (SWON) zugeführt wird, und die zweite Bedingung erfüllt ist, wenn der Schaltausgang (SWOUT) zum Beginn des Erzeugens des Haltesignals (HOLD) aktiviert ist und das Haltesignal (HOLD) erzeugt wird, wobei der Schaltausgang (SWOUT) elektrisch mit dem Schalter (3) derart gekoppelt ist, dass der Schalter (3) ein Bestromen des Relais (1) ermöglicht, wenn der Schaltausgang (SWOUT) aktiviert ist, und der Schalter (3) ansonsten das Bestromen des Relais (1) verhindert.
Steuerschaltung nach Anspruch 1, die einen getakteten Zähler aufweist, der ausgebildet ist, durch das Startsignal (START) gestartet zu werden und für die vorgegebene Zeitdauer (TD) das Haltesignal (HOLD) zu erzeugen.
Steuerschaltung nach Anspruch 1, die ein Monoflop aufweist, das ausgebildet ist, durch das Startsignal (START) gestartet zu werden und für die vorgegebene Zeitdauer (TD) das Haltesignal (HOLD) zu erzeugen.
Steuerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ausgebildet ist, abhängig von einem Stoppsignal (STOP) den Schaltausgang (SWOUT) zu deaktivieren, wenn das Schaltsignal (SWON) nicht erzeugt wird und das Haltesignal (HOLD) erzeugt wird.
Steuerschaltung nach Anspruch 4, die ausgebildet ist zum Sperren oder Zulassen des Deaktivierens des Schaltausgangs (SWOUT) durch das Stoppsignal (STOP) abhängig von einem Stoppsteuersignal.
Steuerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der ein Komparator (11) vorgesehen ist, der elektrisch mit dem Schalter (3) gekoppelt ist und der einen Schaltzustandswert (SWSTATE) des Schalters (3) ermittelt durch Vergleichen eines Spannungsabfalls über dem Schalter (3) mit einer vorgegebenen Schwellenspannung (UTH).