DE102007045344A1 - Controller for operating electrical load of vehicle, has fuse element provided for interrupting voltage supply units during short-circuit, and two transistors designed as bipolar transistor or FET - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zum Betrieb elektrischer Verbraucher eines Fahrzeugs.The The invention relates to a control device for operating electrical Consumer of a vehicle.
Es
existieren bereits verschiedenartige Anordnungen, um die Versorgung
von elektrischen Verbrauchern mit elektrischer Energie zu ermöglichen und
zu steuern. Eine solche Anordnung ist bereits aus
Nachteilig an dieser Anordnung ist jedoch, dass die Relaisspule und die Relaiskontakte während des Betriebs des Heizelements dauerhaft von einem Betriebsstrom durchflossen werden. Aus diesem Grund kommt es zu einer starken Wärmeentwicklung innerhalb des elektronischen Geräts, wodurch zusätzlich geeignete Anordnungen zur Wärmeabfuhr erforderlich sind.adversely in this arrangement, however, is that the relay coil and the relay contacts durably from one during operation of the heating element Operating current to be flowed through. That's why it happens a strong heat development within the electronic Device, which also provides appropriate arrangements are required for heat dissipation.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anordnung eines Steuergeräts zum Betrieb elektrischer Verbraucher eines Fahrzeugs anzugeben.Of the Invention is therefore the object of an improved arrangement a control device for operating electrical consumers of a vehicle.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Anordnung gelöst, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The Task is according to the invention with an arrangement having dissolved, which has the features specified in claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß weist ein Steuergerät zum Betrieb elektrischer Verbraucher eines Fahrzeugs einen Transistor auf, der eine Spannungsversorgung eines elektrischen Verbrauchers schaltet. Bei einer Fehlfunktion des Transistors ist ein Relais ansteuerbar, das einen Kurzschluss an der Spannungsversorgung des elektrischen Verbrauchers erzeugt. Infolge dessen unterbricht ein Sicherungselement die Spannungsversorgung des elektrischen Verbrauchers.According to the invention a control device for operating electrical loads of a Vehicle a transistor that has a power supply electrical consumer switches. In case of malfunction of the transistor a relay can be controlled, which short-circuits the power supply generated by the electrical load. As a result, interrupts a fuse element, the power supply of the electrical load.
Da das Relais nur bei einer Fehlfunktion des Transistors angesteuert wird, d. h. es existiert kein Ruhestrom des Relais, werden eine Verlustleistung und daraus folgend eine starke Wärmeentwicklung, hervorgerufen durch einen Stromfluss in der Relaisspule und über die Relaiskontakte, verringert bzw. im fehlerlosen Zustand vermieden. Da das Relais nur im Fehlerfall und nicht während des fehlerlosen Betriebs des Verbrauchers schaltet, wird der mechanische Verschleiß der Relaiskontakte vermindert. Dadurch ist es möglich, dass vorteilhafterweise keine zusätzlichen Anordnungen zur Kühlung des Steuergeräts, wie beispielsweise ein Kühlkörper oder eine Kühlplatte, notwendig sind. Infolge dessen werden eine Kosteneinsparung bei der Herstellung und eine Verringerung der Abmessungen des Steuergerätes erreicht.There the relay is driven only in case of malfunction of the transistor is, d. H. there is no quiescent current of the relay, become one Power loss and consequent strong heat development, caused by a current flow in the relay coil and over the Relay contacts, reduced or avoided in faultless condition. Because the relay only in case of error and not during faultless Operation of the consumer switches, the mechanical wear is the Relay contacts reduced. This makes it possible for that advantageously no additional arrangements for cooling of the controller, such as a heat sink or a cooling plate, are necessary. As a result, become a cost saving in manufacturing and a reduction the dimensions of the control unit reached.
Im Detail sind mehrere elektrische Verbraucher anhand separater Schaltkreise, Transistoren, Relais und Sicherungselemente steuerbar. Daraus resultiert der Vorteil, dass nur ein Steuergerät für die Ansteuerung und Überwachung verschiedener elektrischer Verbraucher, z. B. ein Heizelement eines Fahrzeugsitzes oder Heizelement zur Erwärmung eines Nackenbereiches eines Fahrzeuginsassen, notwendig ist. Dies führt vorteilhafterweise zu einem vereinfachten Aufbau des elektrischen Versorgungsnetzes der Verbraucher, einer Platzeinsparung und zu einer Kostenersparnis.in the Detail are several electrical consumers using separate circuits, Transistors, relays and fuse elements controllable. This results the advantage that only one control unit for the control and monitoring of various electrical consumers, z. B. a heating element of a vehicle seat or heating element for Heating a neck region of a vehicle occupant, necessary is. This advantageously leads to a simplified Construction of the electrical supply network of consumers, one Space savings and cost savings.
Des Weiteren sind mittels eines in dem Steuergerät enthaltenen Prozessors ein oder mehrere Transistoren sowie ein oder mehrere Relais gleichzeitig ansteuerbar. Daraus resultieren die positiven Effekte einer Materialeinsparung und einer Aufwandverringerung bei der Montage in Rahmen der Herstellung des Steuergerätes, welche wiederum zu einer Kostenersparnis führen.Of Further, by means of a contained in the control unit Processor one or more transistors and one or more Relay can be controlled at the same time. This results in the positive effects a material saving and a reduction in effort during assembly in the context of the production of the control unit, which in turn lead to a cost savings.
Ein Transistor kann sowohl als Bipolar-Transistoren als auch Feldeffekt-Transistoren ausgeführt sein. Dies führt im Ergebnis dazu, dass anwendungsabhängig sowohl eine spannungs- als auch eine stromgeführte Ansteuerung des Transistors möglich ist.One Transistor can be used both as bipolar transistors and field effect transistors be executed. As a result, that, depending on the application, both a voltage and a voltage a current-controlled drive of the transistor is possible.
Die Fehlfunktion des Transistors ist insbesondere durch einen dauerhaft den elektrischen Strom leitenden Zustand gekennzeichnet. Aufgrund dieses Stromflusses kommt es an einem in Reihe zu dem Transistor geschalteten elektrischen Widerstand zu einem Spannungsabfall, anhand dessen der Prozessor im ausgeschalteten Zustand des elektrischen Verbrauchers den Fehlerfall des dauerhaft leitenden Transistors erfasst. Dies hat den Vorteil, dass der durch die Fehlfunktion hervorgerufene dauerhafte Stromfluss in einfacher Art und Weise zu einer Erfassung der Fehlfunktion selbst nutzbar ist. Im Ergebnis dieser Erfassung steuert der Prozessor ein Relais an, das einen Schalter betätigt, um somit einen elektrischen Kurzschluss an der Spannungsversorgung des elektrischen Verbrauchers zu erzeugen. Dieser Kurzschluss ermöglicht die Unterbrechung der Spannungsversorgung des elektrischen Verbrauchers mittels eines Sicherungselements. Somit ist eine sichere Abschaltung des elektrischen Verbrauchers auch bei einer Fehlfunktion des Transistors gewährleistet und eine Schädigung des Verbrauchers selbst oder seines Umfelds wird verhindert.The malfunction of the transistor is characterized in particular by a state permanently conducting the electric current. Due to this current flow, an electrical resistor connected in series with the transistor causes a voltage drop, by means of which the processor, in the switched-off state of the electrical load, detects the fault of the permanently conducting transistor. This has the advantage that the permanent current flow caused by the malfunction can be used in a simple manner to detect the malfunction itself. As a result of this detection, the processor activates a relay which operates a switch to thus generate an electrical short on the power supply of the electrical load. This short circuit allows the interruption of the power supply of the electrical load by means of a fuse element. Thus, a safe shutdown of the electrical load is ensured even in case of malfunction of the transistor and damage to the consumer itself or be environment is prevented.
Bei dem Sicherungselement handelt es sich insbesondere um eine Schmelzsicherung, einen Leitungsschutzschalter oder ein anderes Schaltgerät. Mit Hilfe dieses Sicherungselements wird eine galvanische Trennung des elektrischen Verbrauchers von seiner Spannungsversorgung ermöglicht. Durch den Einsatz verschiedener Typen von Sicherungselementen ist es abhängig von relevanten Sicherheitsanforderungen möglich, eine dauerhafte Trennstelle, eine manuell oder eine selbsttätig rückstellende Trennstelle zu erzeugen.at the fuse element is in particular a fuse, a circuit breaker or other switching device. With Help this fuse element is a galvanic separation of electrical load from its power supply allows. By using different types of security elements is it depends on relevant security requirements, a permanent separation, manual or automatic to create restoring separation point.
Kommt es bei inaktivem Prozessor, z. B. bei ausgeschalteter Fahrzeugzündung, zu einer Fehlfunktion eines Transistors, so ist der Prozessor mittels eines System-Basis-Chips aktivierbar. Dieser System-Basis-Chip ist ein integrierter Schaltkreis für Standardfunktionen wie Spannungsversorgung und Spannungsregelung sowie zur Aktivierung des Prozessors. Der aktivierte Prozessor steuert das Relais des abzuschaltenden elektrischen Verbrauchers an, wodurch eine Deaktivierung des elektrischen Verbrauchers sichergestellt ist. Der System-Basis-Chip ermöglicht auch bei inaktivem Prozessor die Erfassung des fehlerhaften Transistors und daraus folgend eine Einleitung einer sicheren Abschaltung des elektrischen Verbrauchers anhand des aktivierten Prozessors.comes it with inactive processor, z. B. when the vehicle ignition is switched off, to a malfunction of a transistor, the processor is by means of a system-based chip activatable. This system base chip is an integrated circuit for standard functions such as Power supply and voltage control as well as for activation of the processor. The activated processor controls the relay of the to be switched off electrical consumer, causing a deactivation the electrical consumer is ensured. The system base chip allows even with inactive processor, the detection of the faulty transistor and consequently an initiation of a safe shutdown of the electrical consumer based on the activated processor.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.embodiments The invention will be described below with reference to a drawing explained.
Dabei zeigt:there shows:
Tritt jedoch eine Fehlfunktion des Transistors T1 auf, besteht die Möglichkeit, dass die Spannungsversorgung U1 des elektrischen Verbrauchers V1 trotz Deaktivierung mittels des Fahrzeuginsassen nicht getrennt wird und der elektrische Verbraucher V1 weiterhin eingeschaltet ist. Bei dieser Fehlfunktion des Transistors T1 handelt es sich insbesondere um eine dauerhafte elektrische Leitfähigkeit des Bereichs zwischen dem Kollektor C1 und dem Emitter EM1, obwohl kein elektrischer Strom an der Basis B1 anliegt.kick but a malfunction of the transistor T1 on, there is the possibility that the power supply U1 of the electrical load V1 despite Deactivation by means of the vehicle occupant is not disconnected and the electrical load V1 is still switched on. at This malfunction of the transistor T1 is in particular to a permanent electrical conductivity of the area between the collector C1 and the emitter EM1, although not electrical Current is applied to the base B1.
Um bei dieser Fehlfunktion dennoch eine sichere Abschaltung des elektrischen Verbrauchers V1 sicherzustellen, ist ein elektrischer Widerstand R1 in einem elektrischen Zweig des Transistors T1 angeordnet. Solange der Bereich zwischen dem Kollektor C1 und dem Emitter EM1 elektrisch leitfähig ist, d. h. der elektrische Verbraucher V1 in Betrieb ist, kommt es durch den vorhandenen Stromfluss zu einem Spannungsabfall über dem Widerstand R1. In dem Prozessor P ist eine Information über die Deaktivierung des elektrischen Verbrauchers V1 durch den Fahrzeuginsassen gespeichert, da der Prozessor P den Stromfluss zur Basis B1 des Transistors T1 unterbrochen hat. Anhand des Spannungsabfalls über dem Widerstand R1, welchen der Prozessor P über den Eingang E1 erfasst, im Zusammenhang mit der gespeicherten Information der Deaktivierung des elektrischen Verbrauchers V1 identifiziert der Prozessor P die Fehlfunktion des Transistors T1 und steuert über einen Ausgang A3 einen Transistor T3 an. Anhand der Ansteuerung des Transistors T3 wird ein Relais Rel1 mit einer Hilfsspannung UH versorgt. Hierdurch schließt das Relais Rel1 einen Schalter S1 und stellt somit eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Spannungsversorgung U1 und der gemeinsamen Masse der Spannungsversorgung U1 her, woraus ein elektrischer Kurzschluss an der Spannungsversorgung U1 resultiert. Infolge dessen löst ein nicht näher dargestelltes Sicherungselement, bei welchem es sich z. B. um eine Schmelzsicherung, einen Leitungsschutzschalter oder ein anderes Schaltgerät handelt, aus und trennt somit den elektrischen Verbraucher V1 galvanisch von der Spannungsversorgung U1, was zu dessen Deaktivierung führt.Around Nevertheless, in this malfunction a safe shutdown of the electrical Ensuring consumer's V1 is an electrical resistance R1 is disposed in an electrical branch of the transistor T1. So long the region between the collector C1 and the emitter EM1 is electrically is conductive, d. H. the electrical consumer V1 in Operation is, it comes through the existing current flow to a voltage drop the resistor R1. In the processor P is information about the deactivation of the electrical load V1 by the vehicle occupant stored as the processor P, the current flow to the base B1 of Transistor T1 has stopped. On the basis of the voltage drop over the Resistor R1, which the processor P via the input E1 detects, in connection with the stored information of the Deactivation of the electrical load V1 identifies the Processor P the malfunction of the transistor T1 and controls over an output A3 to a transistor T3. Based on the control of the transistor T3 becomes a relay Rel1 with an auxiliary voltage UH supplied. This closes the relay Rel1 a switch S1 and thus provides an electrically conductive connection between the power supply U1 and the common ground of the power supply U1 ago, resulting in an electrical short circuit at the power supply U1 results. As a result, one does not dissolve illustrated fuse element, in which it is z. B. by one Fuse, a circuit breaker or other switching device acts, and thus separates the electrical load V1 galvanic from the power supply U1, which leads to its deactivation.
Das mittels des Schaltplans dargestellte Funktionsprinzip des Steuergeräts ermöglicht eine Ansteuerung und Überwachung eines weiteren elektrischen Verbrauchers V2. Das zuvor beschriebene Funktionsprinzip zur Ansteuerung und Überwachung des elektrischen Verbrauchers V1 ist auf die Ansteuerung und Überwachung des weiteren elektrischen Verbrauchers V2 übertragbar, ist jedoch anhand eines separaten Schaltkreises ausgeführt. Bei der Aktivierung des weiteren, elektrischen Verbrauchers V2 durch den Fahrzeuginsassen steuert der Prozessor P einen zugehörigen Transistor T2 über einen Ausgang A2 an, wodurch der elektrische Verbraucher V2 mittels der zugehörigen Spannungsversorgung U2 mit elektrischer Energie versorgt wird. Deaktiviert der Fahrzeuginsasse den elektrischen Verbraucher V2, unterbricht der Prozessor P den Stromfluss zum betreffenden Transistor T2 und die Versorgung des elektrischen Verbrauchers V2 anhand der zugehörigen Spannungsversorgung U2 ist unterbrochen.The functional principle of the control unit represented by means of the circuit diagram makes it possible to control and monitor a further electrical load V2. The above-described functional principle for the control and monitoring of the electrical load V1 is on the control and monitoring of the further electrical Consumer V2 transferable, but is carried out on the basis of a separate circuit. When activating the further, electrical consumer V2 by the vehicle occupant, the processor P controls an associated transistor T2 via an output A2, whereby the electrical load V2 is supplied with electrical energy by means of the associated voltage supply U2. If the vehicle occupant deactivates the electrical load V2, the processor P interrupts the current flow to the relevant transistor T2 and the supply of the electrical load V2 based on the associated voltage supply U2 is interrupted.
Bei einer Fehlfunktion des Transistors T2, insbesondere bei dauerhafter Leitfähigkeit, erkennt der Prozessor P in gleicher Weise wie im oben beschriebenen Fall eines defekten Transistors T1 mittels eines elektrischen Widerstandes R2 über einen Eingang E2, dass der elektrische Verbraucher V2 trotz Deaktivierung in Betrieb ist. Der Prozessor P steuert daraufhin anhand eines Ausgangs A4 einen Transistor T4 an, wodurch an ein Relais Rel2 eine Hilfsspannung UH angelegt wird. Dieses Relais Rel2 schließt einen Schalter S2, mit Hilfe dessen eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Spannungsversorgung U2 und der gemeinsamen Masse der Spannungsversorgung U2 entsteht, woraus ein elektrischer Kurzschluss an der Spannungsversorgung U2 resultiert. Dieser elektrische Kurzschluss wird anhand der Auslösung eines weiteren nicht näher dargestellten Sicherungselements, z. B. einer Schmelzsicherung, eines Leitungsschutzschalters oder eines anderen Schaltgeräts, mittels galvanischer Trennung des elektrischen Verbrauchers V2 und der Spannungsversorgung U2 abgeschaltet.at a malfunction of the transistor T2, in particular at permanent Conductivity, recognizes the processor P in the same way as in the case of a defective transistor T1 described above by means of an electrical resistance R2 via an input E2, that the electrical consumer V2 in operation despite deactivation is. The processor P then controls on the basis of an output A4 a transistor T4, whereby an auxiliary voltage to a relay Rel2 UH is created. This relay Rel2 closes a switch S2, by means of which an electrically conductive connection between the power supply U2 and the common ground of the Voltage supply U2 is created, resulting in an electrical short circuit at the power supply U2 results. This electrical short circuit will based on the triggering of another not closer illustrated fuse element, for. B. a fuse, a circuit breaker or other switching device, by galvanic isolation of the electrical load V2 and the power supply U2 off.
Befindet sich der Prozessor P in einem ausgeschalteten Zustand, z. B. durch eine deaktivierte Zündung des Fahrzeugs, erfasst ein System-Basis-Chip SBC bei der Fehlfunktion der Transistoren T1, T2 mittels der Eingänge E3, E4 den Spannungsabfall über den Widerständen R1, R2. Dieser leitet eine Aktivierung des Prozessors P ein, welcher in oben dargestellter Weise mittels Ansteuerung der Relais Rel1, Rel2 das Ausschalten der elektrischen Verbraucher V1, V2 bewirkt.is the processor P is in an off state, e.g. B. by a deactivated ignition of the vehicle, captures a system-based chip SBC at the malfunction of the transistors T1, T2 by means of the inputs E3, E4 the voltage drop across the resistors R1, R2. This initiates activation of the processor P, which in the manner shown above by means of activation of the relays Rel1, Rel2 causes the switching off of the electrical loads V1, V2.
Dadurch, dass die Relais Rel1, Rel2 nur bei einer Fehlfunktion der Transistoren T1, T2 angesteuert werden, kommt es zu einer Reduzierung der Wärmeverluste im Vergleich zu einem dauerhaften Betrieb der Relais Rel1, Rel2, der mit einer starken Wärmeentwicklung anhand des Stromflusses über die Relaiskontakte und die Relaisspule verbunden ist.Thereby, that relays Rel1, Rel2 only in case of malfunction of the transistors T1, T2 are controlled, there is a reduction in heat loss compared to a permanent operation of relays Rel1, Rel2, the one with a strong heat development based on the current flow over the relay contacts and the relay coil is connected.
Wie an den Beispielen der elektrischen Verbraucher V1, V2 beschrieben, können weitere, unterschiedlich geartete elektrische Verbraucher mittels des Steuergerätes in gleicher Weise gesteuert und überwacht sowie bei einer Fehlfunktion eines zugehörigen Transistors sicher abgeschaltet werden.As described on the examples of the electrical consumers V1, V2, can other, different kind of electrical consumers controlled and monitored in the same way by means of the control unit as well as a malfunction of an associated transistor safely shut off.
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- Ausgangoutput
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination | ||
| R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |
Effective date: 20140923 |