DE102013204573A1 - Schaltungsanordnung zur Diagnose eines Schaltausgangs und Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Diagnose eines Schaltausgangs und Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung Download PDF

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DE102013204573A1
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Burckhard Mann
Franz Schwarz
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Robert Bosch GmbH
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/18Modifications for indicating state of switch
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52Testing for short-circuits, leakage current or ground faults

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Diagnose eines Schaltausgangs (14), an welchem ein Lastelement (RL) angeschlossen ist, welches an einer Versorgungsspannungsquelle (UB) angeschlossen ist und welches von einem Schaltelement (TR) geschaltet wird, dessen Schalteingang (22) an einem ersten digitalen Ausgangs-Port (10) eines Microcontrollers (8) angeschlossen ist, bei welcher der Schaltausgang (14) weiterhin über einen Entkopplungswiderstand (RE) an eine Hilfsspannungsquelle (UH) geschaltet ist, bei welcher am Schaltausgang (14) weiterhin ein erster Spannungsteilerwiderstand (R1) eines Spannungsteilers (26) angeschlossen ist, dessen Mittenabgriff (28), an welchem ein zu diagnostizierendes Signal (S3) auftritt, an einem digitalen Eingangs-Port (30) des Microcontrollers (8) angeschlossen ist, und dessen zweiter Spannungsteilerwiderstand (R2) an einem zweiten digitalen Ausgangs-Port (32) des Microcontrollers (8) angeschlossen ist, der den zweiten Spannungsteilerwiderstand (R2) entweder an Schaltungsmasse (16) und somit aktiv schaltet oder davon trennt und somit inaktiv schaltet, wobei das Spannungsteilerverhältnis derart festgelegt ist, dass das Potenzial der Hilfsspannungsquelle (UH) bei inaktivem Spannungsteiler (26) am digitalen Eingangs-Port (30) einen H-Pegel, jedoch bei aktivem Spannungsteiler (26) einen L-Pegel ergibt, und wobei das Spannungsteilerverhältnis weiterhin derart festgelegt ist, dass das am Spannungsteiler (26) anliegende Potenzial der Versorgungsspannungsquelle (UB) am digitalen Eingangs-Port (30) einem H-Pegel entspricht.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Diagnose eines Schaltausgangs und von einem Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
  • Stand der Technik
  • In der Offenlegungsschrift DE 101 55 847 A1 sind eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Diagnose eines Schaltausgangs beschrieben. Ein Low-Side-Feldeffekttransistor, der von einem Ausgangspunkt eines Microcontrollers angesteuert wird, schaltet eine Last ein bzw. aus. Im Rahmen einer Diagnose wird die an der Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors auftretende Spannung direkt an einem digitalen Diagnose-Eingangs-Port des Microcontrollers ausgewertet. Vorgesehen ist eine Hilfsspannung, die über einen Vorwiderstand an den Lastausgang bzw. den Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors geschaltet ist. Die vorbekannte Schaltungsanordnung ermöglicht die Erkennung der Fehlerfälle „Kurzschluss zur Batteriespannung“, „Kurzschluss zur Masse“ und „Leitungsabfall“ durch das Rücklesen der am Schaltausgang des Feldeffekttransistors auftretenden Spannung in Abhängigkeit vom Steuersignal des Feldeffekttransistors.
  • Sofern am digitalen Diagnose-Eingangs-Port ein L-Pegel anliegt, kann der Fehler "Kurzschluss zur Masse" vorliegen. Es könnte jedoch alternativ der Fehler „Leitungsabfall“ vorliegen, der ebenfalls zu einem L-Pegel führt. Zur Unterscheidung der beiden Fehlerfälle ist ein Kondensator vorgesehen.
  • Im Fehlerfall „Kurzschluss zur Masse“ liegt ein dauerhafter L-Pegel am digitalen Diagnose-Eingangs-Port an. Liegt dagegen der Fehler „Leitungsabfall“ vor, dann lädt sich der Kondensator, der über den Vorwiderstand an die Hilfsspannung gelegt ist, auf die Hilfsspannung auf. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne wird beim Fehler „Leitungsabfall“ am Diagnose-Eingangs-Port ein H-Pegel zurückgelesen werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Diagnose eines Schaltausgangs sowie ein Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung anzugeben, die mit einfachen Mitteln eine zuverlässige Unterscheidung unterschiedlicher Fehler am Schaltausgang ermöglichen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Diagnose eines Schaltausgangs, an welchem ein Lastelement angeschlossen ist, welches an einer Versorgungsspannungsquelle angeschlossen ist und welches von einem Schaltelement geschaltet wird, dessen Schalteingang an einem ersten digitalen Ausgangs-Port eines Microcontrollers angeschlossen ist. Der Schaltausgang ist weiterhin über einen Entkopplungswiderstand an eine Hilfsspannungsquelle geschaltet. Der Schaltausgang ist zusätzlich an einem ersten Spannungsteilerwiderstand eines Spannungsteilers angeschlossen, dessen Mittenabgriff, an welchem ein zu diagnostizierendes Signal auftritt, an einem digitalen Eingangs-Port des Microcontrollers angeschlossen ist. Der zweite Spannungsteilerwiderstand ist an einem zweiten digitalen Ausgangs-Port des Microcontrollers angeschlossen, der den zweiten Spannungsteilerwiderstand entweder an Schaltungsmasse und somit aktiv schaltet oder davon trennt und somit inaktiv schaltet. Das Spannungsteilerverhältnis ist derart festgelegt, dass das Potenzial der Hilfsspannungsquelle UH bei inaktivem Spannungsteiler am digitalen Eingangs-Port einen H-Pegel, jedoch bei aktivem Spannungsteiler einen L-Pegel ergibt. Das Spannungsteilerverhältnis ist weiterhin derart festgelegt, dass das am Spannungsteiler anliegende Potenzial der Versorgungsspannungsquelle am digitalen Eingangs-Port einem H-Pegel entspricht.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eignet sich insbesondere zur Diagnose von Fehlern, die am Schaltausgang auftreten können. Hierbei ermöglicht die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung insbesondere eine Unterscheidung zwischen einem Kurzschluss zur Schaltungsmasse und einer abgefallenen Lastleitung.
  • Die Unterscheidung wird dadurch ermöglicht, dass der zweite Spannungsteilerwiderstand vom zweiten digitalen Ausgangs-Port des Microcontrollers entweder an Schaltungsmasse geschaltet werden kann, sodass der Spannungsteiler aktiv geschaltet ist, oder davon getrennt werden kann, sodass er inaktiv geschaltet ist.
  • Tritt der Fehlerfall Kurzschluss zur Schaltungsmasse auf, dann weist das zu diagnostizierende Signal stets den L-Pegel auf, unabhängig davon, ob der Spannungsteiler wirksam geschaltet ist oder nicht. Liegt der Fehlerfall einer abgefallenen Lastleitung vor, tritt bei aktivem Spannungsteiler ebenfalls der L-Pegel auf. Bei einem aufgetretenen L-Pegel können daher ohne weitere Maßnahmen beide Fehlerursachen nicht unterschieden werden.
  • Mit den erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen wird bei einer abgefallenen Lastleitung das Potenzial der Hilfsspannungsquelle wirksam, das zunächst bei einem aktiv geschalteten Spannungsteiler zu einem L-Pegel des zu diagnostizierenden Signals führt. Nach dem Inaktivschalten des Spannungsteilers tritt aufgrund des Potenzials der Hilfsspannungsquelle jedoch bei einer abgefallenen Lastleitung ein H-Pegel auf. Zwischen den beiden Fehlerfällen kann damit unterschieden werden.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist insbesondere den Vorteil auf, dass ein Maß für das am ersten digitalen Ausgangs-Port des Microcontrollers bereitgestellte Ansteuersignal zum Schalten der Last und somit das Schaltsignal am Lastelement unabhängig von zeitlichen Beziehungen über den digitalen Eingangs-Port des Microcontrollers zurückgelesen und hinsichtlich der Impulsdauer und der Periodendauer im Microcontroller bewertet werden kann.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
  • Eine Ausgestaltung sieht den Einsatz eines Pegelwandlers vor, der beispielsweise als Invertierer ausgestaltet ist, der zwischen dem ersten digitalen Ausgangs-Port des Microcontrollers und dem Schalteingang des Schaltelements geschaltet ist. Der Pegelwandler ist hierbei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die Ausgangsschaltung des Pegelwandlers zusätzlich in der Lage ist, die erforderliche Schaltleistung zum Schalten des Schaltelements aufzubringen.
  • Als Schaltelement wird vorzugsweise ein MOSFET eingesetzt, der eine vergleichsweise geringe Leistung am Steuereingang zum Schalten benötigt.
  • Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass das Lastelement als Heizungselement eines Sensors ausgestaltet ist. Vorzugsweise beheizt das Heizungselement einen Abgassensor, der zur Erfassung einer Kenngröße im Abgas eines Verbrennungsmotors eingesetzt werden kann. Hierbei kann der Abgassensor eine Lambdasonde, ein NOx-Sensor, ein HC-Sensor oder ein anderer zu beheizender Sensor sein.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sieht zumindest einen Störschutzkondensator vor, der am digitalen Eingangs-Port des Microcontrollers angeschlossen ist. Der Störschutzkondensator schließt höherfrequente Störsignal-Anteile, die dem zu diagnostizierenden Signal überlagert sein können, zur Schaltungsmasse kurz.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung sieht eine Bewertung des am digitalen Eingangs-Port des Microcontrollers liegenden, zu diagnostizierenden Signals bei einem den eingeschalteten Zustand des Schaltelements vorgebenden Ansteuersignals vor. Dann, wenn das zu diagnostizierende Signal einen dem Potenzial der Versorgungsspannungsquelle entsprechenden H-Pegel aufweist, wird ein Kurzschluss am Schaltausgang zur Versorgungsspannungsquelle mittels eines ersten Fehlersignals signalisiert.
  • Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung sieht eine Bewertung des am digitalen Eingangs-Port des Microcontrollers liegenden, zu diagnostizierenden Signals bei einem den abgeschalteten Zustand des Lastelements vorgebenden Ansteuersignals vor Bei aktivem (oder auch inaktivem) Spannungsteiler tritt bei einem Kurzschluss zur Schaltungsmasse ein L-Pegel auf, der ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen jedoch auch bei einer abgefallenen Lastleitung auftritt. Zu Unterscheidung wird der Spannungsteiler inaktiv geschaltet, sodass aufgrund des Potenzials der Hilfsspannungsquelle bei einer abgefallenen Lastleitung jetzt der H-Pegel auftritt.
  • Der Fehlerfall einer abgefallenen Lastleitung wird mittels eines dritten Fehlersignals signalisiert.
  • Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das am ersten digitalen Ausgangs-Port des Microcontrollers bereitgestellte Ansteuersignal ein impulsbreitenmoduliertes Ansteuersignal mit einer vorgegebenen Impulsdauer und/oder einer vorgegebenen Impuls-Wiederholfrequenz ist. Das impulsbreitenmodulierte Ansteuersignal kann mit einfachen Mitteln im Microcontroller erzeugt werden und ermöglicht ein Betreiben der Last in einem weiten elektrischen Leistungsbereich.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem elektrischen Lastelement RL, welches mittels eines Schaltelements TR in Abhängigkeit von einem Ansteuersignal S1 geschaltet wird, welches ein Microcontroller 8 an einem ersten digitalen Ausgangs-Port 10 bereitstellt. Das Ansteuersignal S1 wird vorzugsweise als impulsbreitenmoduliertes Ansteuersignal S1 mit einer vorgegebenen Impulsdauer und/oder einer vorgegebenen Impuls-Wiederholfrequenz bereitgestellt.
  • Im gezeigten Ausführungsspiel ist das Lastelement RL zwischen eine Versorgungsspannungsquelle UB und einen Steckverbinder 12 geschaltet. Am Steckverbinder 12 liegt ein Schaltausgang 14 des Schaltelements TR, wobei am Schaltausgang 14 ein Schaltsignal S2 auftritt, welches das Lastelement RL einschaltet bzw. abschaltet.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Schaltelement TR als ein MOSFET realisiert. Das Schaltelement TR schließt bzw. trennt die Verbindung des Lastelements RL zur Schaltungsmasse 16. Der MOSFET ist vorzugsweise als ein Smart-MOSFET ausgestaltet, der interne Schaltungsstrukturen enthält, welche den MOSFET vor Überstrom und/oder Überspannung schützen.
  • Zwischen dem Schaltelement TR und der Schaltungsmasse 16 liegt ein interner Widerstand RI, der als Bauteil nicht vorhanden und deshalb strichliniert eingetragen ist. Bei dem internen Widerstand RI kann es sich um einen Leitungswiderstand oder um einen internen Widerstand des Schaltelements TR handeln. Der interne Widerstand RI begrenzt den zwischen der Versorgungsspannungsquelle UB und der Schaltungsmasse 16 maximal fließenden Strom bei einem Fehler im Lastkreis, der das Lastelement RL, den Steckverbinder 12 sowie das Schaltelement TR enthält. Bei einem Smart-MOSFET entspricht der interne Widerstand Rl beispielsweise einer Schutzschaltung, welche den durch den MOSFET fließenden Strom auf einen Maximalwert begrenzt. Der interne Widerstand Rl muss daher nicht notwendigerweise nur als ohmscher Widerstand ausgestaltet sein.
  • Das vorzugsweise als impulsbreitenmoduliertes Ansteuersignal ausgestaltete Ansteuersignal S1 wird von einem Impulsbreitengenerator 18 im Microcontroller 8 erzeugt.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Pegelwandler 20 vorgesehen, der beispielsweise als Invertierer realisiert ist, welcher das impulsbreitenmodulierte Ansteuersignal S1 invertiert. Der Pegelwandler 20 sorgt für die gegebenenfalls erforderliche Pegelanpassung zwischen dem ersten digitalen Ausgangs-Port 10 und dem Schalteingang 22 des Schaltelements TR. Falls erforderlich, übernimmt der Pegelwandler 20 auch die Funktion eines Treibers, um einen Schalteingang 22 des Schaltelements TR mit einer ausreichenden Energie ansteuern zu können, welche der Microcontroller 8 gegebenenfalls nicht selbst bereitstellen kann.
  • Bei dem Lastelement RL handelt es sich beispielsweise um ein Heizelement, welches ein nicht näher gezeigtes, mit dem Heizelement verbundenes Bauteil auf eine vorgegebene Temperatur beheizen soll. Beispielsweise handelt es sich bei dem Lastelement RL um ein Heizelement eines Sensors, beispielsweise eines im Abgasbereich eines Verbrennungsmotors anzuordnenden Abgassensors, wie eine Lambdasonde, einen NOx-Sensor, einen HC-Sensor oder einen anderen zu beheizenden Sensor.
  • Aus Sicherheitsgründen und/oder aufgrund gesetzlicher Vorschrift kann eine Diagnose des am Schaltausgang 14 auftretenden Potenzials in Abhängigkeit vom Ansteuersignal S1 vorgeschrieben sein. Die Diagnose soll einen Kurzschluss zur Versorgungsspannungsquelle UB, einen Kurzschluss zur Schaltungsmasse 16 oder eine abgefallene Lastleitung 24 erkennen.
  • Zur Durchführung der Diagnose wird das am Schaltausgang 14 auftretende Schaltsignal S2 in den Microcontroller 8 zurückgelesen und in Abhängigkeit vom impulsbreitenmodulierten Ansteuersignal S1 bewertet.
  • Am Schaltausgang 14 sind weiterhin über einen Entkopplungswiderstand RE eine Hilfsspannungsquelle UH sowie ein Spannungsteiler 26 angeschlossen, der einen ersten und zweiten Spannungsteilerwiderstand R1, R2 enthält. Der Mittenabgriff 28 des Spannungsteilers 26, an welchem ein zu diagnostizierendes Signal S3 auftritt, ist an einem digitalen Eingangs-Port 30 des Microcontrollers 8 angeschlossen.
  • Der zweite Spannungsteilerwiderstand R2 ist mit einem zweiten digitalen Ausgangs-Port 32 des Microcontrollers 8 verbunden. Der zweite digitale Ausgangs-Port 32 kann mit einem Schalter 34 an Schaltungsmasse 16 gelegt werden. Der Schalter 34 wird von einer im Microcontroller 8 enthaltenen Signalbewertung 36 in Abhängigkeit vom aktuellen Diagnoseschritt geöffnet bzw. geschlossen.
  • Bei geschlossenem Schalter 34 ist der Spannungsteiler 26 aktiv geschaltet und bei geöffnetem Schalter 34 inaktiv geschaltet.
  • Der Signalbewertung 36 wird weiterhin das vom Impulsbreitengenerator 18 bereitgestellte Ansteuersignal S1 sowie das zu diagnostizierende Signal S3 zur Verfügung gestellt. Die Signalbewertung 36 stellt ein erstes, ein zweites sowie ein drittes Fehlersignal F1, F2, F3 in Abhängigkeit vom Diagnoseergebnis zur Verfügung.
  • Am digitalen Eingangs-Port 30 des Microcontrollers 8 kann ein Störschutzkondensator C angeschlossen sein, der gegebenenfalls auftretende höherfrequente Störsignalanteile auf dem zu diagnostizierenden Signal S3 zur Schaltungsmasse 16 kurzschließt.
  • Die in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß 1 ablaufende erfindungsgemäße Diagnose wird anhand des in 2 gezeigten Ablaufdiagramms näher erläutert:
    Zunächst wird davon ausgegangen, dass der Schalter 34 gemäß einem ersten Funktionsblock 50 geschlossen ist, sodass der Spannungsteiler 26 aktiv geschaltet ist. Bei einer nicht näher gezeigten Versorgungsspannung des Microcontrollers 8 von beispielsweise 3,3 V wird das Potenzial der Hilfsspannungsquelle UH vorzugsweise ebenfalls auf 3,3 V festgelegt. Das Potenzial der Versorgungsspannungsquelle UB liegt beispielsweise nominal bei 12 V entsprechend der Bordnetzspannung von vielen Kraftfahrzeugen. Im Fehlerfall Kurzschluss zur Versorgungsspannungsquelle UB tritt am Schaltausgang 14 wenigstens näherungsweise das volle Potenzial der Versorgungsspannungsquelle UB auf, das im gewählten Ausführungsbeispiel ungefähr 12 V betragen kann.
  • Das Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers 26 wird mittels der beiden Spannungsteilerwiderstände R1, R2 festgelegt.
  • Das Teilerverhältnis ist zunächst derart festzulegen, dass bei aktiv geschaltetem Spannungsteiler 26 (und abgeschaltetem Schaltelement TR sowie ohne Potenzial der Versorgungsspannungsquelle UB) und anliegendem Potenzial der Hilfsspannungsquelle UH am digitalen Eingangs-Port 30 der L-Pegel anliegt, bei inaktivem Spannungsteiler 26 jedoch vom Potenzial der Hilfsspannungsquelle UH auf den H-Pegel gezogen werden kann.
  • Das Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers 26 ist weiterhin derart festzulegen, dass am digitalen Eingangs-Port 30 des Microcontrollers 8 bei dem geforderten minimalen Potenzial der Versorgungsspannungsquelle UB sicher ein Übergang vom L-Pegel zum H-Pegel auftreten kann. Der H-Pegel ist derjenige Spannungspegel, welcher dem logisch-1-Zustand entspricht.
  • Bei der im Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beispielhaft wiedergegebenen Topologie wird das Lastelement RL bei einem L-Pegel des Ansteuersignals S1 eingeschaltet und bei einem H-Pegel abgeschaltet. Der L-Pegel ist derjenige Spannungspegel, welcher dem logisch-0-Zustand entspricht.
  • Bei einem L-Pegel des Ansteuersignals S1 ist das Lastelement RL über das Schaltelement TR mit der Schaltungsmasse 16 verbunden, sodass das am Schaltausgang 14 liegende Schaltsignal S2 im Einschaltzustand des Lastelements RL ebenfalls L-Pegel aufweist. Umgekehrt wird bei einem H-Pegel des Ansteuersignals S1 das Lastelement RL durch Öffnen des Schaltelements TR abgeschaltet, sodass das am Schaltausgang 14 auftretende Schaltsignal S2 auf dem Potenzial der Versorgungsspannungsquelle UB liegt.
  • Der L-Pegel des Schaltsignals S2 tritt am digitalen Eingangs-Port 30 ebenfalls als L-Pegel auf. Das Potenzial der Versorgungsspannungsquelle UB führt am digitalen Eingangs-Port 30 dagegen zu einem H-Pegel. Somit können das vom Impulsbreitengenerator 18 bereitgestellte impulsbreitenmodulierte Ansteuersignal S1 und das am digitalen Eingangs-Port 30 liegende, zu diagnostizierende Signal S3 unmittelbar sowohl hinsichtlich der Signalpegel als auch hinsichtlich der Signalfrequenz miteinander verglichen werden. Bei einem ordnungsgemäßen Betriebszustand wird keines der Fehlersignale F1, F2, F3 bereitgestellt.
  • In einem zweiten Funktionsblock 52 wird das zu diagnostizierende Signal S3 eingelesen, wobei das Ansteuersignal S1 den L-Pegel aufweist, bei welchem das Lastelement RL eingeschaltet ist.
  • In einer ersten Abfrage 54 wird überprüft, ob das zu diagnostizierende Signal S3 einen H-Pegel aufweist. Wird in diesem Betriebszustand der H-Pegel detektiert, muss unmittelbar davon ausgegangen werden, dass der Fehlerfall Kurzschluss zur Versorgungsspannungsquelle UB aufgetreten ist. In diesem Fall stellt die Signalbewertung 36 das erste Fehlersignal F1 bereit. Wird in der ersten Abfrage 54 jedoch festgestellt, dass das zu diagnostizierende Signal S3 einen L-Pegel aufweist, können entweder ein ordnungsgemäßer Zustand oder der Fehlerfall Kurzschluss zur Schaltungsmasse 16 oder der Fehlerfall einer abgefallenen Lastleitung 24 aufgetreten sein, sodass eine weitergehende Diagnose erforderlich ist.
  • In einem dritten Funktionsblock 56 wird deshalb das zu diagnostizierende Signal S3 in die Signalbewertung 36 über den digitalen Eingangs-Port 30 eingelesen, wenn das Ansteuersignal S1 den H-Pegel aufweist, bei welchem das Lastelement RL abgeschaltet ist. Bei einem ordnungsgemäßen Verhalten weist dann das Schaltsignal S2 ein Potenzial auf, das wenigstens näherungsweise dem Potenzial der Versorgungsspannungsquelle UB entspricht. Dementsprechend weist das zu diagnostizierende Signal S3 bei einem ordnungsgemäßen Zustand jetzt den H-Pegel auf. Wenn demnach in diesem Fall eine nachfolgende zweite Abfrage 58 zum Ergebnis kommt, dass der L-Pegel nicht vorliegt, ist die Schaltungsanordnung in Ordnung und die Diagnose wird mit dem vierten Funktionsblock 60 beendet, in welchem der ordnungsgemäßen Zustand festgestellt wird, der normalerweise nicht zur Anzeige gebracht wird.
  • Wird dagegen in einer zweiten Abfrage 58 in der Signalbewertung 36 festgestellt, dass das zu diagnostizierende Signal S3 den L-Pegel aufweist, muss entweder der Fehlerfall Kurzschluss zur Schaltungsmasse 16 oder der Fehlerfall einer abgefallenen Lastleitung 24 aufgetreten sein.
  • Eine Unterscheidung zwischen den beiden Fehlerfällen ist durch den Einsatz der Hilfsspannungsquelle UH sowie des Schalters 34, welcher den zweiten Spannungsteilerwiderstand R2 mit Schaltungsmasse 16 verbinden kann, möglich.
  • Zur Entkopplung der Hilfsspannungsquelle UH vom Potenzial am Schaltausgang 14 ist der Entkopplungswiderstand RE vorgesehen.
  • Wird in der zweiten Abfrage 58 der L-Pegel festgestellt, dann wird in einem fünften Funktionsblock 62 der Schalter 34 von der Signalbewertung 36 geöffnet und damit der Spannungsteiler 26 inaktiv geschaltet. Anschließend wird in einer dritten Abfrage 64 wieder der Pegel des zu diagnostizierenden Signals S3 überprüft. Liegt bei geöffnetem Schalter 34 weiterhin der L-Pegel vor, muss von einem Kurzschluss zur Schaltungsmasse 16 ausgegangen werden, da der Schaltausgang 14 niederohmig an Schaltungsmasse 16 gelegt ist, sodass sich das Potenzial der Hilfsspannungsquelle UH nicht auswirken kann. In diesem Fehlerfall stellt die Signalbewertung 36 das zweite Fehlersignal F2 bereit.
  • Wird jedoch in der dritten Abfrage 64 festgestellt, dass das zu diagnostizierende Signal S3 jetzt den H-Pegel aufweist, muss von dem Fehlerfall einer abgefallenen Lastleitung 24 ausgegangen werden, bei welchem der Schaltausgang 14 hochohmig ist, sodass die Hilfsspannungsquelle UH das Potenzial des zu diagnostizierenden Signals S3 auf den H-Pegel zieht. Wenn dies der Fall ist, gibt die Signalbewertung 36 das dritte Fehlersignal F3 aus.
  • Die bislang beschriebene Diagnose geht bei einem impulsbreitenmodulierten Ansteuersignal S1 davon aus, dass am digitalen Eingangs-Port 30 ein entsprechendes impulsbreitenmoduliertes, zu diagnostizierendes Signal S3 auftritt, welches bei einem Kurzschluss zur Schaltungsmasse und einem Kurzschluss zur Versorgungsspannungsquelle UB zu einem statischen Signal mit H-Pegel oder L-Pegel oder bei einer abgefallenen Lastleitung 24 aufgrund der Hilfsspannungsquelle UH und bei abgeschaltetem Spannungsteiler 26 ein impulsbreitenmoduliertes Signal bleibt.
  • Gegebenenfalls ist eine weitergehende Diagnose vorgesehen. Das am digitalen Eingangs-Port 30) anliegende, zu diagnostizierende Signal S3 kann zusätzlich auf das Vorliegen der vom impulsbreitenmodulierten Ansteuersignal S1 vorgegebenen Impulsdauer und/oder der vorgegebenen Impuls-Wiederholfrequenz überprüft werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10155847 A1 [0002]

Claims (11)

  1. Schaltungsanordnung zur Diagnose eines Schaltausgangs (14), an welchem ein Lastelement (RL) angeschlossen ist, welches an einer Versorgungsspannungsquelle (UB) angeschlossen ist und welches von einem Schaltelement (TR) geschaltet wird, dessen Schalteingang (22) an einem ersten digitalen Ausgangs-Port (10) eines Microcontrollers (8) angeschlossen ist, bei welcher der Schaltausgang (14) weiterhin über einen Entkopplungswiderstand (RE) an eine Hilfsspannungsquelle (UH) geschaltet ist, bei welcher am Schaltausgang (14) weiterhin ein erster Spannungsteilerwiderstand (R1) eines Spannungsteilers (26) angeschlossen ist, dessen Mittenabgriff (28), an welchem ein zu diagnostizierendes Signal (S3) auftritt, an einem digitalen Eingangs-Port (30) des Microcontrollers (8) angeschlossen ist und dessen zweiter Spannungsteilerwiderstand (R2) an einem zweiten digitalen Ausgangs-Port (32) des Microcontrollers (8) angeschlossen ist, der den zweiten Spannungsteilerwiderstand (R2) entweder an Schaltungsmasse (16) und somit aktiv schaltet oder davon trennt und somit inaktiv schaltet, wobei das Spannungsteilerverhältnis derart festgelegt ist, dass das Potenzial der Hilfsspannungsquelle (UH) bei inaktivem Spannungsteiler (26) am digitalen Eingangs-Port (30) einen H-Pegel, jedoch bei aktivem Spannungsteiler (26) einen L-Pegel ergibt, und wobei das Spannungsteilerverhältnis weiterhin derart festgelegt ist, dass das am Spannungsteiler (26) anliegende Potenzial der Versorgungsspannungsquelle (UB) am digitalen Eingangs-Port (30) einem H-Pegel entspricht.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei welcher ein Pegelwandler (20) vorgesehen ist, der zwischen dem ersten digitalen Ausgangs-Port (10) und dem Schalteingang (22) des Schaltelements (TR) geschaltet ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pegelwandler (20) als Invertierer ausgestaltet ist.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei welcher das Schaltelement (TR) ein MOSFET ist.
  5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei welcher das Lastelement (TR) ein Heizungselement eines Sensors ist.
  6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, bei welcher der Sensor ein Abgassensor ist.
  7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dass zumindest am digitalen Eingangs-Port (30) des Microcontrollers (8) ein Störschutzkondensator (C) angeschlossen ist, der höherfrequente Störsignalanteile auf dem zu diagnostizierenden Signal (S3) nach Schaltungsmasse (16) kurzschließt.
  8. Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das am digitalen Eingangs-Port (30) des Microcontrollers (8) liegende, zu diagnostizierende Signal (S3) bei einem den eingeschalteten Zustand des Lastelements (RL) vorgebenden Ansteuersignal (S1) bewertet wird, und dass dann, wenn das zu diagnostizierende Signal (S3) einen dem Potenzial der Versorgungsspannungsquelle (UB) entsprechenden H-Pegel aufweist, ein Kurzschluss zur Versorgungsspannungsquelle (UB) mittels eines ersten Fehlersignals (F1) signalisiert wird.
  9. Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem zur Unterscheidung zwischen einem Kurzschluss am Schaltausgang (14) nach Schaltungsmasse (16) und einer abgefallenen Lastleitung (24) das am digitalen Eingangs-Port (30) des Microcontrollers (8) liegende, zu diagnostizierende Signal (S3) bei einem den abgeschalteten Zustand des Lastelements (RL) vorgebenden Ansteuersignal (S1) bei geöffnetem Schalter (34), entsprechend einem inaktiven Spannungsteiler (26), bewertet wird, dass dann, wenn das zu diagnostizierende Signal (S3) einen L-Pegel aufweist, ein Kurzschluss zur Schaltungsmasse (16) mittels eines zweiten Fehlersignals (F2) signalisiert wird, und dass dann, wenn das zu diagnostizierende Signal (S3) einen H-Pegel aufweist, eine abgefallene Lastleitung (24) mittels eines dritten Fehlersignals (F3) signalisiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das am ersten digitalen Ausgangs-Port (10) des Microcontrollers (8) bereitgestellte Ansteuersignal (S1) ein impulsbreitenmoduliertes Ansteuersignal mit einer vorgegebenen Impulsdauer und/oder einer vorgegebenen Impuls-Wiederholfrequenz ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob das zu diagnostizierende Signal (S3) die vorgegebene Impulsdauer und/oder die vorgegebene Impuls-Wiederholfrequenz aufweist.
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