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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einer Brückenschaltung, auf eine entsprechende Vorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
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Bei Halb- oder Vollbrückenschaltung ist es je nach Anwendung notwendig einen Nebenschluss an andere Potentiale (Spannung oder Masse) oder auch andere Halb- oder Vollbrücken zu erkennen. Aktuell werden Messungen eines Nebenschlusses durch Spannungsmessungen an den jeweiligen Brückenausgängen durchgeführt, indem eine Veränderung eines bekannten Potenzials detektiert wird.
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Eine aktuell hauptsächlich verwendete Methode, unter Zuhilfenahme einer Spannungsmessung bzw. einer Messung eines Spannungsabfalls über einen Brückenzweig einen Nebenschluss zu detektieren, führt auch zur Erkennung von sehr hochohmigen Kurzschlüssen, die für die Funktion der Schaltung nicht relevant sind und daher ignoriert werden könnten. Da jedoch eine Differenzierung zwischen niederohmigen und hochohmigen Kurzschlüssen notwendig ist, muss eine Messbereichsumschaltung mit einer weiteren Messsequenz erfolgen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einer Brückenschaltung, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird vorliegend Beschreibung ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einer Brückenschaltung vorgeschlagen, wobei die Brückenschaltung zumindest einen ersten Brückenzweig mit einem ersten Eingangsanschluss und einem ersten Ausgangsanschluss und/oder einen zum ersten Brückenzweig parallel schaltbaren zweiten Brückenzweig mit einem zweiten Eingangsanschluss und einem zweiten Ausgangsanschluss umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- – Einprägen einer Eingangsstromstärke an dem ersten Eingangsanschluss;
- – Erfassen einer Ausgangsstromstärke durch zumindest den ersten und/oder zweiten Ausgangsanschluss; und
- – Erkennen des Fehlers in der Brückenschaltung, wenn die Ausgangsstromstärke um einen vordefinierten Toleranzwert von der Eingangsstromstärke abweicht.
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Unter einer Brückenschaltung kann ganz allgemein eine elektrische Verschaltung von unterschiedlichen elektronischen oder elektrischen Komponenten verstanden werden! Unter einem Fehler in der Brückenschaltung kann eine nicht beabsichtigte, insbesondere elektrisch leitfähige Verbindung zwischen zwei Komponenten oder Elementen der Brückenschaltung verstanden werden, die zu einer Fehlfunktion der Brückenschaltung führt. Unter einem Brückenzweig kann insbesondere eine Serienschaltung von einer oder mehreren Komponenten verstanden werden, die beispielsweise zu einem weiteren Brückenzweig parallel geschaltet werden kann oder geschaltet ist. Unter einem Eingangsanschluss oder einem Ausgangsanschluss kann je eine elektrische Kontaktierungsmöglichkeit wie beispielsweise ein Anschlusskontaktpad, ein Pin oder ein Stecker verstanden werden.
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Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass ein Fehler in einer Brückenschaltung sehr einfach über eine Ermittlung einer Differenz zwischen einem in die Brückenschaltung bzw. einem Zweig der Brückenschaltung hinein fließenden und einem aus der Brückenschaltung bzw. dem betreffenden Zweig der Brückenschaltung herausfließenden Strom ermittelt werden kann. Ist diese Differenz dann beispielsweise zu groß, weicht also die Ausgangsstromstärke um mehr als den vordefinierten Toleranzwert von der Eingangsstromstärke ab, kann auf ein unerwünschtes Abfließen eines Fehlerstroms in dem betreffenden Brückenzweig über einen oder mehrere Nebenschlüsse geschlossen werden, der im Betrieb der Brückenschaltung die Funktion der Brückenschaltung gefährdet und somit als Fehler in der Brückenschaltung zu betrachten ist. Durch die Wahl des Toleranzwerts, der beispielsweise fünf oder zehn Prozent der Eingangsstromstärke umfassen kann, kann ferner sichergestellt werden, dass Messungenauigkeit bei der Messung der Ausgangsstromstärke nicht zu falschen Fehlerwarnungen führt. Denkbar ist ferner auch, dass als Ausgangsstromstärke ein größerer Wert als die Eingangsstromstärke erfasst wird, was dann darauf zurückschließen lässt, dass am betreffenden ersten oder zweiten Ausgangsanschluss nicht nur Strom erfasst wird, über den ersten Eingangsanschluss dem betreffenden Brückenzweig ein geprägt führt, sondern dass noch ein weiterer Stromanteil von einem anderen Teil der Brückenschaltung zum ersten oder zweiten Ausgangsanschluss geführt wird und somit ebenfalls ein Fehler in der Brückenschaltung vorliegt. Der hier vorgestellte Ansatz kann auch nur mit einem Brückenzweig, d. h. entweder nur mit dem ersten oder nur mit dem zweiten Brückenzweig ausgeführt werden.
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Der hier vorgestellte Ansatz bietet den Vorteil, dass nun durch die explizite Auswertung des Stromflusses auch niederohmige Nebenschlüsse technisch sehr einfach erkannt werden können, die unter Zuhilfenahme einer herkömmlichen Spannungsmessung nicht erkannt werden könnten. Mit dem hier vorgestellten Ansatz ist nun keine weitere Messung an der Brückenschaltung erforderlich, um eine Differenzierung zwischen niederohmigen oder hochohmigen Kurzschlüssen oder Nebenschlüssen zu ermöglichen, sodass die Erfassung von Fehlern in der Brückenschaltung mit dem hier vorgestellten Ansatz deutlich schneller und präziser erfolgen kann, als im Stand der Technik. Der hier vorgestellte Ansatz lässt es nun somit zu, mit nur einer Messung, mit einer der Anwendung angepassten Einstellung des Messstroms und der Schwelle, einen für die Funktion relevanten Nebenschluss zu erkennen.
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Weiterhin wird eine Vorrichtung zum Erkennen eines Fehlers in einer Brückenschaltung vorgeschlagen, wobei die Brückenschaltung zumindest einen ersten Brückenzweig mit einem ersten Eingangsanschluss und/oder einem ersten Ausgangsanschluss und einen zum ersten Brückenzweig parallel schaltbaren zweiten Brückenzweig mit einem zweiten Eingangsanschluss und einem zweiten Ausgangsanschluss umfasst, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
- – eine Einheit zum Einprägen einer Eingangsstromstärke an dem ersten Eingangsanschluss;
- – eine Einheit zum Erfassen einer Ausgangsstromstärke durch zumindest den ersten und/oder zweiten Ausgangsanschluss; und
- – eine Einheit zum Erkennen des Fehlers in der Brückenschaltung, wenn die Ausgangsstromstärke um einen vordefinierten Toleranzwert von der Eingangsstromstärke abweicht.
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Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Auch wird vorliegend ein Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung einer Variante des hier vorgeschlagenen Verfahrens vorgestellt, wenn das Programmprodukt auf einer Vorrichtung ausgeführt wird. Von Vorteil ist somit ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann im Schritt des Erfassens die Ausgangsstromstärke unter Verwendung eines Messshunts erfasst werden, insbesondere der mit dem ersten oder zweiten Ausgangsanschluss gekoppelt ist, insbesondere wobei im Schritt des Erfassens ein Spannungsabfall an dem Messshunt zum Erfassen der Ausgangsstromstärke verwendet wird. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Verwendung des Messshunts, insbesondere in Kombination mit einem Verstärkerelement wie einem Operationsverstärker technisch sehr einfach und zugleich sehr präzise die Ausgangsstromstärke erfasst werden kann.
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Um eine Funktion der (Brücken-)Schaltung nicht zu beeinträchtigen, für die die (Brücken-)Schaltung ursprünglich konzipiert wurde, kann gemäß einem besonderen Ausführungsform der Erfindung im Schritt des Einprägens an dem ersten Eingangsanschluss eine Eingangsstromstärke eingeprägt werden, die geringer ist, als eine Nennstromstärke, zu deren Führung der erste und/der zweite Brückenzweig ausgelegt ist, insbesondere wobei die am ersten Eingangsanschluss eingeprägte Eingangsstromstärke um mehr als einen Grenzwert von der Nennstromstärke abweicht. Unter einer Nennstromstärke kann hierbei eine Stromstärke verstanden werden, die deutlich größer (beispielsweise doppelt so groß) ist, als die Eingangsstromstärke. Unter einer Nennstromstärke kann hierbei eine Stromstärke verstanden werden, die in dem beabsichtigten Betrieb der (Brücken-)Schaltung bzw. zumindest einem Brückenzweig fließen wird. Unter einem Grenzwert kann ein Schwellwert verstanden werden, der beispielsweise zehn Prozent der Eingangsstromstärke beträgt.
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Eine sehr flexible Erfassung von Nebenschlüssen oder Fehlern an unterschiedlichen Positionen in der Brückenschaltung oder zumindest einen Brückenzweig der Brückenschaltung kann dadurch erreicht werden, dass gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schritt des Erfassens eine Ausgangsstromstärke eines Stromflusses erfasst wird, der zumindest durch ein Schaltelement des ersten und/oder zweiten Brückenzweiges geführt wird. Ein solches Schaltelement kann beispielsweise ein mechanischer oder elektronischer Schalter, beispielsweise ein Transistor oder dergleichen sein.
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Günstig ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der im Schritt des Erfassens das Schaltelement zwischen einen Masseanschluss und einen Verbraucheranschluss im ersten und/oder zweiten Brückenzweig geschaltet ist. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass Fehler in der Brückenschaltung erfasst werden können, die innerhalb eines Niedrigpotenzialbereichs der Brückenschaltung (also im Bereich des Massepotenzialanschlusses) auftreten. Fehler in einem solchen Bereich können mit einer herkömmlichen Fehlererkennungsschaltung auf der Basis einer Spannungsmessung dagegen nicht hinreichend genau erkannt oder lokalisiert werden.
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Besonders vorteilhaft ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der im Schritt des Erfassens die Ausgangsstromstärke eines Stromflusses erfasst wird, der parallel zu einem Schaltelement des ersten und/oder zweiten Brückenzweiges geführt wird. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass Komponenten der Brückenschaltung bzw. deren Verknüpfungen besonders detailliert überprüft werden können. Insbesondere können einer solchen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterschiedliche Abgriffspunkte zur Erfassung der Ausgangsstromstärke gewählt werden, die eine sehr einfache und schnelle Erkennung von einzelnen Komponenten oder Verknüpfungen von solchen Komponenten der Brückenschaltung als fehlerfrei ermöglicht.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der im Schritt des Erfassens die Ausgangsstromstärke an dem zweiten Ausgangsanschluss erfasst wird. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer technisch sehr einfachen und zuverlässigen Überprüfung auf das Vorhandensein von Kurz- und/oder Nebenschlüssen zwischen oder in einzelnen Brückenzweigen der Brückenschaltung.
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Denkbar ist ferner auch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der im Schritt des Erkennens der Fehler dann erkannt wird, wenn als Ausgangsstromstärke ein Wert ermittelt wird, der um fünf Prozent von der Eingangsstromstärke abweicht, insbesondere wobei der Fehler dann erkannt wird, wenn als Ausgangsstromstärke ein Wert ermittelt wird, der um zehn Prozent von der Eingangsstromstärke abweicht. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, einen Fehler der Brückenschaltung auch bei einer Messunsicherheit bei der Erfassung der Ausgangsstromstärke noch hinreichend präzise erkennen zu können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Schritt des Einprägens unter Verwendung einer Eingangsweiche erfolgen, die des sicherstellt, dass die Eingangsstromstärke entweder dem ersten Eingangsanschluss oder den zweiten Eingangsanschluss eingeprägt wird. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine schnelle Umschaltung der Einprägung der Eingangsstromstärke in unterschiedliche Brückenzweige der Brückenschaltung erfolgt, um so beispielsweise Nebenschlüsse zwischen den einzelnen Brückenzweigen schnell und zuverlässig erkennen zu können.
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Gemäß einer zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Schritt des Erfassens unter Verwendung einer Ausgangsweiche erfolgen, die sicherstellt, dass die Ausgangsstromstärke entweder am ersten Ausgangsanschluss oder am zweiten Ausgangsanschluss erfasst wird. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet ebenfalls den Vorteil, dass eine schnelle Umschaltung einer Erfassungsschaltung zu Erfassung der Ausgangsstromstärke in unterschiedlichen Brückenzweigen der Brückenschaltung möglich ist, um mit hierdurch ebenfalls beispielsweise Nebenschlüsse zwischen den einzelnen Brückenzweigen schnell und zuverlässig erkennen zu können.
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Günstig ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein weiterer Schritt des Einprägens vorgesehen ist, in dem eine weitere Eingangsstromstärke an dem zweiten Eingangsanschluss eingeprägt wird, wobei ein weiterer Schritt des Erfassens vorgesehen ist, bei dem eine weitere Ausgangsstromstärke durch zumindest den ersten und/oder zweiten Ausgangsanschluss erfasst wird, wobei im Schritt des Erkennens der Fehler in der Brückenschaltung dann erkannt wird, wenn auch die weitere Ausgangsstromstärke um einen vordefinierten weiteren Toleranzwert von der weiteren Eingangsstromstärke abweicht. Hierdurch kann durch die Auswertung von mehreren Messwerten sehr zuverlässig das Auftreten eines Fehlers in der Brückenschaltung erkannt und abgesichert werden. Durch die Wahl des weiteren Toleranzwerts, der beispielsweise fünf oder zehn Prozent der weiteren Eingangsstromstärke umfasst, kann ferner sichergestellt werden, dass Messungenauigkeit bei der Messung der weiteren Ausgangsstromstärke nicht zu ungewünschten Fehlermeldungen führt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Schaltbild einer Brückenschaltung mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein weiteres Schaltbild einer Brückenschaltung mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 ein weiteres Schaltbild einer Brückenschaltung mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 ein weiteres Schaltbild einer Brückenschaltung mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer Brückenschaltung 100 mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Brückenschaltung 100 weist einen ersten Brückenzweig 102, einen zweiten Brückenzweig 104, einen dritten Brückenzweig 106 und einen vierten Brückenzweig 108 auf und kann, ohne Beschränkung der Funktionalität noch weitere, in der 1 nicht dargestellte Brückenzweige aufweisen. Die Brückenschaltung kann beispielsweise bei der nächsten Generation von Airbag-ASICs eingesetzt werden, um eine Bestromung der Airbag-Zündschaltungen sicherzustellen. Zudem kann die in der 1 dargestellte Schaltungsstruktur in möglichen weiteren Brückenschaltungen wie z. B. in Motorsteuerungen, Magnetauslösern u.ä. verwendet werden; eventuell im Bereich eines Elektroantriebs zur Erkennung von sicherheitskritischen Nebenschlüssen, um eine Überhitzung der Endstufen des Antriebsstranges zu vermeiden. Prinzipiell sind jedoch alle Anwendungen der Brückenschaltung denkbar, in der verschiedene elektronische Komponenten miteinander verschaltet oder verknüpft sind.
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Die in der 1 dargestellten Brückenzweige 102, 104, 106 und 108 können beispielsweise durch ein Schließen der Schalter 110 einzeln oder alle parallel geschaltet werden. Denkbar ist auch eine fest verdrahtete Parallelschaltung der in der 1 dargestellten Brückenzweige 102, 104, 106 und 108. Die parallel geschalteten oder schaltbaren Brückenzweige 102, 104, 106 und 108 können nun mit Strom einer zwischen die Brückenzweige 102, 104, 106 und 108 und einen /mehrere Massepontenzialanschluss 112 (Massepontenzialanschlüsse 112) geschaltete Stromquelle 114 beaufschlagt werden. Alternativ kann statt der Stromquelle 114 auch eine Spannungsquelle zwischen die Brückenzweige 102, 104, 106 und 108 und den Massepontenzialanschluss /die Massepontenzialanschlüsse 112 geschaltet werden.
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Die in der 1 dargestellten Brückenzweige 102, 104, 106 und 108 umfassen je einen Hochpotenzial-Schalter 115, einen Eingangskontaktanschluss 120, einen Ausgangskontaktanschluss 125 und einen Niederpotenzial-Schalter 130, wobei der Hochpotenzial-Schalter 115 zwischen die Stromquelle 114 und dem Eingangskontaktanschluss 120 und der Niederpotenzial-Schalter 130 zwischen den Ausgangskontaktanschluss 125 und den Massepontenzialanschluss 112 geschaltet ist. Zur Unterscheidbarkeit der einzelnen Komponenten in den Brückenzweigen wurden alle Komponenten des ersten Brückenzweigs 102 ferner mit dem Bezugszeichen a, alle Komponenten des zweiten Brückenzweigs 104 mit dem Bezugszeichen b, alle Komponenten des dritten Brückenzweigs 106 mit dem Bezugszeichen c und alle Komponenten des vierten Brückenzweigs 108 mit dem Bezugszeichen d gekennzeichnet, um auf eine wiederholte Beschreibung des Aufbaus jedes der Brückenzweige verzichten zu können. Zwischen den Eingangskontaktanschluss 120 und den Ausgangskontaktanschluss 125 jedes Brückenzweigs 102, 104, 106 und 108 ist je ein Lastwiderstand RL geschaltet, die zur Unterscheidbarkeit der Anordnung in dem jeweiligen Brückenzweig mit RL1 bis RL4 bezeichnet sind.
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Mittels des Hochpotenzial-Schalters 115 wird eine Durchschaltung von Strom auf einer Schaltungsseite mit hohem Potenzial (also auf Seite der Stromquelle 114 oder Spannungsquelle) ermöglicht, wogegen mit dem Niederpotenzial-Schalter 130 eine Durchschaltung von Strom auf einer Schaltungsseite mit niedrigem Potenzial (also auf Seite des Massepotenzialanschlusses 112) ermöglicht wird. Die Schalter 115 und 130 können beispielsweise als elektronische Schalter, insbesondere als Halbleiterschalter wie beispielsweise als (MOSFET-)Transistor ausgestaltet sein. Beide Schalter können gleich dimensioniert werden, da sie die gleiche Spannung und Strom aushalten sollten.
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Um nun Fehler wie Nebenschlüsse oder Kurzschlüsse in der Brückenschaltung 100 oder einzelnen Brückenzweigen erkennen zu können, wird eine Vorrichtung 140 zum Erkennen von Fehlern in der Brückenschaltung 100 vorgesehen. Diese Vorrichtung 140 umfasst eine Einheit 145 zum Einprägen einer Eingangsstromstärke auf einen Eingangs(kontakt)anschluss 120 einer der Brückenzweige 102 bis 108. Die Vorrichtung 145 zum Einprägen umfasst dabei eine Eingangsweiche 150, die eine Einprägung eines Stromflusses mit der Eingangsstromstärke auf den Eingangskontaktanschluss nur eines der Brückenzweige sicherstellt. In der 1 wird beispielsweise durch die Stellung der Weiche 150 der Stromfluss mit der Eingangsstromstärke dem ersten Eingangskontaktanschluss 120a (auch als erstem Eingangsanschluss bezeichnet) eingeprägt. Zugleich wird die Eingangsstromstärke mit einer Eingangsmessvorrichtung 155 erfasst, die zugleich einen Messstrom in die Weiche 150 einprägt. Alternativ kann auch lediglich eine bekannte Eingangsstromstärke in die Weiche 150 eingespeist werden, sodass dann eine explizite Messung dieser Eingangsstromstärke entfallen kann.
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Um nun die Ausgangsstromstärke zu erfassen, ist die Vorrichtung 140 zum Erkennen von Fehlern in der Brückenschaltung 100 eine Einheit 160 zum Erfassen der Ausgangsstromstärke auf. Diese Einheit 160 zum Erfassen der Ausgangsstromstärke umfasst eine Ausgangsweiche 165 die ausgebildet ist, um einen Stromfluss mit der Ausgangsstromstärke frei wählbar von nur einem der Ausgangs(kontakt)anschlüsse 125 der Brückenzweige 102 bis 108 zu erfassen. In der 1 ist die Ausgangsweiche 165 derart eingestellt, dass ein erster Eingang eines Messsignalaufnehmers 170, hier in der Form eines Operationsverstärkers) mit dem Ausgangskontaktanschluss 125a des ersten Brückenzweigs 102 verbunden ist. Ein zweiter Eingang des Messsignalaufnehmers 170 ist beispielsweise mit dem Massepotenzialanschluss 112 verbunden, wobei der erste Eingang des Messsignalaufnehmers 170 über einen Widerstand ebenfalls mit dem Massepotenzialanschluss 112 verbunden ist.
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Ein Ausgangssignal des Messsignalaufnehmers 170 ist mit einem ersten Eingang eines als Vergleicher 175 arbeitenden Operationsverstärkers verbunden, wobei ein Messshunt 180 zwischen den ersten Eingang des Vergleichers 175 und den Massepotenzialanschluss 112 geschaltet ist. Hierdurch kann durch den Spannungsabfall am Messshunt 180 eine der Ausgangsstromstärke entsprechende Spanung am ersten Eingang des Vergleichers 175 abgegriffen werden. Der zweite Eingang des Vergleichers 175 wird mit einer Referenzspannung beaufschlagt, die an einem zwischen dem zweiten Eingang des Vergleichers 175 und dem Massepotenzialanschluss 112 geschalteten Widerstand abfällt. Zur Generierung der Referenzspannung bzw. eines Referenzstromes ist der zweite Eingang des Vergleichers 175 mit einer Referenzspannungsquelle bzw. einer Referenzstromquelle 185 verbunden, die einen vordefinierten Stromfluss durch den am zweiten Eingang des Vergleichers 175 angeschlossenen Widerstand zur Erzeugung der Referenzspannung einprägt. Durch den Vergleich der an den beiden Eingängen des Vergleichers 175 anliegenden Spannung (bzw. der Bildung der Differenz dieser an den Eingängen des Vergleichers 175 anliegenden Spannung) kann nun erkannt werden, dass die Ausgangsstromstärke in einem vordefinierten Toleranzbereich (beispielsweise um mehr als 10 Prozent) von der am ersten Eingangsanschluss 120a eingeprägten Eingangsstromstärke abweicht, sodass im ersten Brückenzweig ein Kurz- oder Nebenschluss vorliegen muss, über welchen Strom in weitere Schaltungsteile der Brückenschaltung abfließt, in die der Strom oder ein Teil des Stroms bei Fehlerfreiheit nicht abfließen dürfte. In diesem Fall kann von dem Vergleicher 175 ein Fehlersignal 177 ausgegeben werden. Hierdurch kann nun eindeutig ein niederohmiger Kurz- oder Nebenschluss im ersten Brückenzweig 102 (bzw. einem anderen Brückenzweig) erkannt werden, bei dem mit herkömmlichen Ansätzen die gleiche minimale Spannungsänderungen auftreten würden wie bei einem unwesentlichen hochohmigen Kurzschluss, die als Messungenauigkeiten interpretiert werden könnten, oder anderenfalls eine falsche Fehlermeldung generieren würden.
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Zur Erkennung eines Nebenschlusses (im ersten Brückenzweig 102) wird somit über den (ersten) Hochpotential-Aus- bzw. -Eingang 120a (OutxH) ein bekannter Strom aus- bzw. eingegeben und am (ersten) Niederpotential-Ein- bzw. Ausgang 125a (InxL) wird der Eingangsstrom gemessen. Die Größe des Messstroms wird in Abhängigkeit der Anwendung so gewählt, dass mit seiner Hilfe eine Klassifizierung der äußeren Verhältnisse (d. h. der Schaltungsstruktur bzw. der Verknüpfung der elektrischen Komponenten) machbar ist, ohne die Basisfunktion der (Brücken-)Schaltung 100 zu stören oder zu beinträchtigen. Unter einer Basisfunktion kann hierbei eine Funktion verstanden werden, für die die (Brücken-)Schaltung ausgelegt oder entworfen wurde. Bei einer, der Anwendung entsprechenden Differenz zwischen Sendestrom und Empfangsstrom, liegt ein Nebenschluss vor. Dadurch wird eine Nebenschlusswarnung erst dann erfolgen, wenn sie für die Funktion der Schaltung relevant ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann die Nebenschlusswarnung dann erfolgen, wenn ein über den Nebenschluss abfließender Anteil eines im ersten Brückenzweig eingeprägten Stromes derart groß ist, dass er eine Funktion, für die die Brückenschaltung entworfen wurde, beeinträchtigt. Wird beispielsweise zwar eine Differenz zwischen der Eingangsstromstärke und der Ausgangsstromstärke erkannt, die aber so gering ist, dass keine Fehlfunktion der Brückenschaltung zu befürchten ist, kann auch auf eine Ausgabe einer Fehlerwarnung verzichtet werden.
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Wie aus der Darstellung der Schaltung gemäß 1 zu ersehen ist, wird eine (mit einer Eingangsweiche 150) umschaltbare Stromquelle 152 an jeden Hochpotential-Pin 120 der Brückenschaltung 100 angeschlossen. Die Stromstärke der Quelle 152 ist so zu wählen, dass ein Nebenschluss, der die Funktion der Brückenschaltung 100 beeinträchtigen kann, erkannt werden kann. Dabei sollte sie höchstens denjenigen Wert annehmen, bei dem sie die Funktion der Schaltung 100 unbeeinflusst lässt. An dem Niederpotential-Pin 130a wird ein umschaltbarer Messshunt 180 (über den Messsignalaufnehmer 170) angeschlossen bzw. mit diesem Messshunt 180 gekoppelt, mit dessen Hilfe ein über den Shunt 180 fließenden Strom gemessen werden kann. Weicht dieser gemessene Strom (d. h. die Ausgangsstromstärke) um einen zu bestimmenden Betrag (beispielsweise um mehr als den Toleranzwert) ab, wird ein Nebenschluss als Fehler erkannt und angezeigt. Ist beispielsweise der gemessene Strom (d. h. die Ausgangsstromstärke) größer als zulässig, liegt ein Nebenschluss zu einem Kontaktanschluss auf Seiten eines hohen Potenzials, als einem Eingangsanschluss 120 (in der 1 der erste Eingangsanschluss 120a) vor. Ist der Strom (d. h. die Ausgangsstromstärke) kleiner als zulässig, so liegt ein Nebenschluss zu einem Anschluss auf Seiten des niederen Potenzials (also zu einem Massepotantzialanschluss 112) vor.
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Bei mehrfach verwendeten Brückenschaltungen lässt sich mit geschickter Wahl der Position der Quelle und der Position der Senke eine Verkopplung der Brückenzweige untereinander feststellen. In der 2 ist ein Schaltbild einer Brückenschaltung 100 mit einer von der 1 abweichenden Schaltstellung der Eingangsweiche 150 dargestellt, sodass nun der Stromfluss mit der Eingangsstromstärke am zweiten Eingangsanschluss 120b eingeprägt wird. So kann beispielsweise im zweiten Brückenzweig 104 mittels einer Stellung der Eingangsweiche 170 die Quelle eingeschalten bzw. ein Stromfluss mit einer entsprechenden Eingangsstromstärke eingeprägt werden und im ersten Brückenzweig 102 die Senke. Ist eine fehlerhafte Verkopplung 200 der beiden Zweige vorhanden (in der 2 als Blitz dargestellt), fließt ein Strom über den mittels der Ausgangsweiche 165 mit dem ersten Ausgangsanschluss 130a verbundenen Shunt 180 und erzeugt einen messbaren Spannungsabfall am ersten Eingang des Vergleichers 175, obwohl in dem ersten Brückenzweig 102 zu dieser Zeit kein Strom fließen sollte, da die zugehörige Quelle nicht eingeschalten ist bzw. die Eingangsweiche 150 sich in einer Stellung befindet, in der die Quelle 152 keinen Strom durch den ersten Brückenzweig 102 führen dürfte. Diese Vorgehensweise ist auch bei der Verwendung von Vollbücken mit entsprechender Anpassung der Schaltmatrix anwendbar und zweckmäßig.
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Alternativ oder zusätzlich ist es natürlich auch denkbar, das durch eine entsprechende Schaltstellung der Eingangsweiche 150 und der Ausgangsweiche 165 ein Strom mit einer Eingangsstromstärke dem ersten Eingangsanschluss 120a eingeprägt wird, wogegen eine Ausgangsstromstärke eines Stromes am zweiten Ausgangsanschluss 125b erfasst wird. Auf diese Weise kann auch ein Nebenschluss oder Fehler zwischen dem ersten Brückenzweig 102 und dem zweiten Brückenzweig 104 erkannt werden.
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Denkbar ist ferner auch, dass zumindest ein Teil eines als Messzweig verwendeten Brückenzweigs der Brückenschaltung 100 (wie dem ersten Brückenzweig 102 in 1) bei der Erkennung des Fehlers vom Messstrom durchflossen wird. Ein Schaltbild eines solchen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist in der 3 dargestellt. In diesem Fall braucht nicht zwingend ein Teil des Brückenzweigs (der beispielsweise den ersten Niederpotenzial-Schalter 130a umfasst) parallel zur Vorrichtung 140 zum Erkennen geschaltet sein. Es ist vielmehr denkbar, dass auch ein Messwiderstand 300, ein Schalter 130a oder eine andere (elektronische) Komponente des betreffenden Brückenzweigs (in der 4 des ersten Brückenzweigs 102) der Vorrichtung 140 zum Erkennen in Serie zum unteren Teil des betreffenden Brückenzweigs 102 geschaltet ist. Diese Variante bietet gegenüber der Anordnung der Vorrichtung 140 zum Erkennen in einem Parallelzweig den Vorteil, dass auch die korrekte Funktion des unteren bzw. des vom Messstrom mit der Eingangsstromstärke bzw. Ausgangsstromstärke) durchflossenen Teils des Brückenzweiges 102 auf das Vorhandensein von Fehlern getestet werden kann.
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4 zeigt ein weiteres Schaltbild einer Brückenschaltung mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Gegensatz zu den 1 bis 3 ist nun ein Lastwiderstand RL1 zwischen die beiden Brückenzweige 102 und 104 geschaltet. Hierbei werden der erste Brückenzweig 102 (der eine Halbbrücke bildet) und der zweite Brückenzweig 104, der ebenfalls eine Halbbrücke bildet, zu einer Vollbrücke zusammengeschaltet. Der Lastwiderstand RL1 liegt nun zwischen den beiden Halbbrücken. Dadurch kann der Stromfluss in beiden Richtungen durch den Lastwiderstand RL1 fließen. Auch in einer solchen Brückenschaltungskonfiguration kann ein Fehler in der Brückenschaltung mithilfe des hier vorgestellten Ansatzes erfasst werden.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen eines Fehlers in einer Brückenschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Brückenschaltung umfasst dabei zumindest einen ersten Brückenzweig mit einem ersten Eingangsanschluss und einem ersten Ausgangsanschluss und einen zum ersten Brückenzweig parallel schaltbaren zweiten Brückenzweig mit einem zweiten Eingangsanschluss und einem zweiten Ausgangsanschluss. Das Verfahren 500 umfasst einen Schritt 510 des Einprägens einer Eingangsstromstärke an dem ersten und/oder zweiten Eingangsanschluss und einen Schritt 520 des Erfassens einer Ausgangsstromstärke durch zumindest den ersten oder zweiten Ausgangsanschluss. Schließlich umfasst das Verfahren 500 einen Schritt 530 des Erkennens des Fehlers in der Brückenschaltung, wenn die Ausgangsstromstärke um einen vordefinierten Toleranzwert von der Eingangsstromstärke abweicht.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
