-
Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für ein Steuergerät, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem ansteuerbaren Schalter zum Herstellen und Trennen einer elektrischen Verbindung zwischen einer Energiequelle und einem Verbraucher, mit einer Messeinrichtung zum Erfassen eines durch den Schalter fließenden Stroms und mit einer Auswerteeinrichtung, die in Abhängigkeit des erfassten Stroms den Schalter ansteuert.
-
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Schalteinrichtung.
-
Stand der Technik
-
Zum Ansteuern elektrischer/elektronischer Komponenten von Kraftfahrzeugen werden häufig sogenannte Endstufen in einem Steuergerät vorgesehen, die zum Bestromen der Komponente dienen. Für Abgasnachbehandlungssysteme werden häufig Heizungen eingesetzt, um gefrorenes Abgasnachbehandlungsmittel bei Bedarf auftauen zu können. Zum Ansteuern dieser Heizungen oder anderer Verbraucher werden in der Regel mehrere entsprechende Schalteinrichtungen als Endstufen in einem Steuergerät vorgesehen. Bekannte Schalteinrichtungen weisen eine integrierte Stromrücklesung auf, bei welcher der durch den Schalter fließende Strom erfasst und in dessen Abhängigkeit der Schalter betätigt wird. Fließt ein zu großer Strom über den Schalter, wird mittels der Stromrücklesung der Schalter zum Trennen der elektrischen Verbindung angesteuert. Hierfür ist eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die den mittels einer Messeinrichtung gemessenen Strom mit einem Grenzwert vergleicht und den Schalter entsprechend ansteuert.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die oben beschriebene Stromrücklesung stets korrekt durchgeführt wird und somit eine Überwachung des Schalters stets gewährleistet ist. Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Spannungsmesseinrichtung zum Erfassen einer Eingangsspannung des Schalters aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, den Schalter in Abhängigkeit der erfassten Eingangsspannung anzusteuern. Es ist also vorgesehen, dass die Eingangsspannung des Schalters überwacht wird. Dadurch lassen sich zusätzliche Sicherheitsmechanismen realisieren.
-
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Auswerteschaltung derart ausgebildet ist, dass sie den Schalter zum Trennen der Verbindung ansteuert, wenn die erfasste Eingangsspannung eine vorgebbare Grenzspannung unterschreitet. Die vorgebbare Grenzspannung ist dabei in Abhängigkeit der Spannung gewählt, die notwendig ist, um die Funktion der Schalteinrichtung, insbesondere der Stromrücklesung, zu gewährleisten. Durch eine ungünstige Kombination von Quellspannung und Leitungswiderständen kann es vorkommen, dass die Eingangsspannung an dem Schalter bei einem Fehlerfall, beispielsweise bei einem Kurzschluss, soweit einbricht, dass die internen Funktionen, wie insbesondere die beschriebene Stromrücklesung, nicht mehr korrekt funktionieren. In diesem Fall kann die Auswerteeinrichtung den durch den Schalter fließenden Strom nicht mehr korrekt messen, wodurch die Stromrücklesung nicht mehr gewährleistet ist. Ein zu großer Strom würde in diesem Fall nicht erkannt werden. Durch die vorteilhafte Ausbildung der Schalteinrichtung ist also gewährleistet, dass im Fehlerfall, beziehungsweise wenn die Eingangsspannung zu weit verringert ist, der Schalter zum Trennen der Verbindung angesteuert wird, um Folgeschäden an dem anzusteuernden Verbraucher oder des Schalters, der Leiterplatte und/oder des Steckkontaktes zu verhindern. Insbesondere wird verhindert, dass ein zu großer Strom dem Verbraucher zugeführt wird, der beispielsweise zu einer thermischen Überlastung des Verbrauchers, des Schalters, der Leiterplatte oder des Steckkontaktes führen könnte.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung als diskrete Bauteile, als Prozessor, als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder als digitaler integrierter Schaltkreis (FPGA) ausgebildet ist. Bei einer diskreten Ausbildung der Auswerteeinrichtung weist diese vorzugsweise als Bauteile zumindest zwei Komperatoren auf, die bei einem zu großen Strom oder einer zu kleinen Spannung den Schalter zum Trennen der Verbindung ansteuern beziehungsweise den Schalter abschalten.
-
Vorzugsweise weist die Auswerteeinrichtung einen Flip-Flop, beziehungsweise eine bistabile Kippstufe auf, die dazu dient, dass der Schalter dauerhaft abgeschaltet ist beziehungsweise die Verbindung trennt, bis er durch ein Reset-Signal wieder für den Normal-Betrieb mit Stromrücklesung freigegeben wird. Vorzugsweise ist die Auswerteschaltung mit dem Prozessor derart verbunden, dass der aktuelle Zustand der Auswerteeinrichtung an den Prozessor übertragen wird. Ist die anzusteuernde Komponente beziehungsweise die Last mit einer separaten Sicherung vor dem Schalter beziehungsweise der Schalteinrichtung abgesichert, kann ein Durchbrennen dieser Sicherung durch die vorteilhafte Ausbildung der Schalteinrichtung hinsichtlich der Spannungsmesseinrichtung ebenfalls erkannt werden. Darüber hinaus kann der vorteilhafte Unterspannungsschutz auch dazu genutzt werden, das Einschalten der Schalteinrichtung beziehungsweise des Schalters bei niedriger Bordnetzspannung zu verhindern.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 führt zu den oben bereits genannten Vorteilen. Es zeichnet sich dadurch aus, dass eine Eingangsspannung des Schalters überwacht und der Schalter zusätzlich in Abhängigkeit der festen Eingangsspannung angesteuert wird.
-
Vorzugsweise wird der Schalter zum Trennen der Verbindung angesteuert, wenn die Eingangsspannung einen vorgebbaren Grenzwert, der wie obenstehend bestimmt wird/wurde, unterschreitet.
-
Vorzugsweise wird der Schalter erst dann wieder zum Herstellen der Verbindung angesteuert, wenn die Eingangsspannung einen vorgebbaren Mindestwert überschreitet. Dies wird wie obenstehend beschrieben vorzugsweise mittels eines Flip-Flops oder eines anderen bistabilen Kippglieds gewährleistet, wodurch der Schalter solange ausgeschaltet bleibt, bis er durch ein Reset-Signal wieder freigegeben wird.
-
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Schalteinrichtung und
-
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Schalteinrichtung.
-
1 zeigt eine Schalteinrichtung 1 eines Steuergeräts 2 eines Abgasnachbehandlungssystems eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Die Schalteinrichtung 1 weist einen ansteuerbaren Schalter 3 auf, mittels dessen eine elektrische Verbindung von einer Energiequelle 4 zu einem Verbraucher 5, insbesondere zu einer Heizeinrichtung des Abgasnachbehandlungssystems, getrennt oder hergestellt wird. Die Schalteinrichtung 1 weist ferner eine Auswerteeinrichtung 6 sowie einen Prozessor 7 auf. Die Auswerteeinrichtung 6 ist mit dem Prozessor 7, einer dem Schalter 3 zugeordneten Messeinrichtung 8 sowie einer dem Schalter 3 vorgeschalteten Spannungsmesseinrichtung 9 verbunden. Die Messeinrichtung 8 erfasst den durch den Schalter 3 fließenden Strom, wenn die elektrische Verbindung hergestellt ist. Die Spannungsmesseinrichtung 9 erfasst die Eingangsspannung des Schalters 3. Die Auswerteeinrichtung 6 sowie der Prozessor 7 sind jeweils mit einem Steuerausgang mit einem Verknüpfungselement 10 verbunden, welches den Schalter 3 ansteuert und dazu mit einem Signal-Eingang des Schalters 3 verbunden ist. Das Steuergerät 2 ist weiterhin mit einer Energiequelle 11 verbunden, welche das Steuergerät mit einer notwendigen Versorgungsspannung versorgt. Weiterhin sind auch Leitungswiderstände RL eingezeichnet.
-
Die Schalteinrichtung 1 funktioniert wie folgt: Soll der Verbraucher 5 mit Strom versorgt werden, so wird der Schalter 3 zum Herstellen der Verbindung angesteuert beziehungsweise geschlossen. Daraufhin wird der durch den Schalter 3 fließende Strom mittels der Messeinrichtung 8 erfasst und das Ergebnis der Auswerteeinrichtung 6 zugeführt, welche den erfassten Strom mit einem vorgebbaren Stromwert vergleicht. Überschreitet der erfasste Stromwert den vorgegebenen Wert, so wird der Schalter 3 zum Trennen der Verbindung angesteuert, um beispielsweise ein Überhitzen des Verbrauchers 5, des Schalters 3, einer Leiterplatte des Steuergerätes oder eines Steckers zu vermeiden. Insbesondere wenn es sich bei dem Verbraucher um eine Heizung eines Abgasnachbehandlungssystems handelt, kann dadurch eine thermische Überlast des Verbrauchers 5 und des Schalters 3 gewährleistet werden. Dies erfolgt vorzugsweise unabhängig von einer internen Überstromabschaltung des Schalters 3, die nur bei sehr hohen Strömen wirkt.
-
Gleichzeitig überwacht die Auswerteeinrichtung 6 mittels der Spannungsmesseinrichtung 9 die Eingangsspannung des Schalters 3. Fällt die Eingangsspannung unter einen vorgebbaren Grenzwert, so wird der Schalter 3 ebenfalls zum Trennen der Verbindung angesteuert. Für die Stromrücklesung, bei welcher wie oben beschrieben der Strom durch den Schalter 3 erfasst und in Abhängigkeit dessen der Schalter 3 betätigt wird, benötigt die Schalteinrichtung eine Mindestspannung an ihrem Eingang. Durch eine ungünstige Kombination von der Spannung der Energiequelle 4, beispielsweise einer Batteriespannung, und Leitungswiderständen RL kann es vorkommen, dass die Spannung am Eingang der Schalteinrichtung 1 bei einem Fehlerfall, insbesondere bei einem Kurzschluss nach Masse, so weit einbricht, dass die internen Funktionen der Schalteinrichtung 1, insbesondere die Stromrücklesung nicht mehr oder nicht mehr korrekt funktionieren. In diesem Fall kann der Schalter 3 nicht mehr zum Trennen der Verbindung angesteuert werden, falls der Strom durch den Schalter 3 zu hoch sein sollte.
-
Mittels der vorteilhaften Spannungsmesseinrichtung 9 und der Auswertung der erfassten Spannung mit Hilfe der Auswerteeinrichtung 6 wird gewährleistet, dass ein derartiger Fall nicht eintreten kann. Der vorgebbare Grenzwert, mit welchem die Eingangsspannung verglichen wird, wird entsprechend derart gewählt, dass der Schalter 3 zum Trennen der Verbindung angesteuert wird, sobald die Eingangsspannung nicht mehr ausreicht, um die Funktionen der Schalteinrichtung 1, insbesondere die Stromrücklesung, zu gewährleisten.
-
Ist dem Verbraucher 5 aufgrund der Last eine separate Sicherung 12 vor dem Schalter 3 zugeordnet, kann ein Durchbrennen dieser Sicherung durch die Messung der Eingangsspannung mittels der Spannungsmesseinrichtung 9 ebenfalls erkannt werden. Der wie oben beschriebene Unterspannungsschutz kann auch eigenständig genutzt werden, um das Einschalten des Schalters 3 bei niedriger Bordnetzspannung zu verhindern.
-
2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Schalteinrichtung 1, bei welcher die Auswerteeinrichtung 6 im Wesentlichen aus diskreten Bausteinen aufgebaut ist. Aus 1 bereits bekannte Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die obenstehende Beschreibung verwiesen wird.
-
Während in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel die Auswerteeinrichtung 6 vorzugsweise als anwenderspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder als digitaler integrierter Schaltkreis (FPGA) ausgebildet ist, sind vorliegend zwei Komperatoren 13, 14 vorgesehen, die bei einem zu großen Strom und einer zu kleinen Spannung den Schalter 3 entsprechend ansteuern. Dazu ist der eine Komperator 13 mit der Messeinrichtung 8 und der zweite Komperator 14 mit der Spannungsmesseinrichtung 9 verbunden. Die Komperatoren 13 und 14 sind mit einem Flip-Flop 15 verbunden, durch welches der Schalter 3 dauerhaft ausgeschaltet ist, bis er durch ein Reset-Signal SR beispielsweise durch den Prozessor 7 wieder freigegeben wird. Der aktuelle Zustand der Auswerteeinrichtung 6 wird dabei ebenfalls dem Prozessor 7 zugeführt. Weiterhin wird der Ausgangswert des Flip-Flops 15 einer Verriegelungseinrichtung 16, die als Halbleiterschalter ausgebildet ist, zugeführt. Diese ist wiederum mit einem weiteren Halbleiterschalter 17 verbunden, dem als Gatespannung der durch den Prozessor 7 vorgegebenen Schaltwunsch zugeführt wird. Die Schalter 16 und 17 sind vorzugsweise als Feldeffekttransistoren, beispielsweise als MOSFETs ausgebildet.
-
Insgesamt bieten somit die Schalteinrichtung 1 sowie ihr Ansteuerverfahren auf einfache Art und Weise eine Sicherheit davor, dass keine zu hohen Ströme dem Verbraucher 5 zugeführt werden, und insbesondere dass die Stromrücklesung gewährleistet oder der Schalter 3 zum Trennen der Verbindung angesteuert wird.
