DE102014202678A1

DE102014202678A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer PWM-Treiberschaltung

Info

Publication number: DE102014202678A1
Application number: DE102014202678.4A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Karner; Matthias Siemss
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2015-08-13
Also published as: CN104849604A; GB2524386A; US20150229122A1; JP2015152598A; FR3017465A1; GB201502319D0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer PWM-Treiberschaltung (100), wobei die PWM-Treiberschaltung (100) einen PWM-Modulator (104) und eine Leistungsstufen-Einrichtung (106) aufweist, wobei die Leistungsstufen-Einrichtung (106) unter Verwendung eines von dem PWM-Modulator (104) bereitgestellten Ansteuersignals (108) ein Ausgangssignal (110) bereitstellt, mit einem Schritt des Analysierens eines Spannungswerts des Ausgangssignals (110) ansprechend auf einen Signalpegelwechsel des Ansteuersignals (108) und/oder einen Zeitpunkt des Signalpegelwechsels, und wobei der Schritt des Analysierens ferner unter Verwendung von einem vorabdefinierten Schwellenwert (Vthres) zum Beurteilen des Spannungswerts erfolgt, um einen Kurzschluss zu erkennen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer PWM-Treiberschaltung, auf eine entsprechende Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer PWM-Treiberschaltung sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Um die Leistung in Verbrauchern zu steuern, wird häufig anstatt einer linearen Regelung eine Pulsweitenmodulation verwendet. Dadurch wird weniger Verlustleistung im Leistungsteil umgesetzt, da die Leistung durch das Verhältnis der Stromflusszeit und der Pausenzeit eingestellt wird. Der Ausgangstreiber wird nur zwischen den Zuständen "ein" und "aus" umgeschaltet. Um den PWM-Regler vor einer Überlastung durch einen externen Kurzschluss zu schützen, ist es wichtig, diesen Zustand zu erkennen. Da bei einer Pulsweitenmodulation (PWM) beide Schaltzustände sowohl einem Kurzschluss als auch der korrekten Funktion entsprechen können, ist es schwierig, durch eine einfache Spannungsmessung eine Bewertung durchzuführen.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer PWM-Treiberschaltung, weiterhin eine Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer PWM-Treiberschaltung, 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.
Es wird ein Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer PWM-Treiberschaltung vorgestellt, wobei die PWM-Treiberschaltung einen PWM-Modulator und eine Leistungsstufen-Einrichtung aufweist, wobei die Leistungsstufen-Einrichtung unter Verwendung eines von dem PWM-Modulator bereitgestellten Ansteuersignals ein Ausgangssignal bereitstellt, mit einem Schritt des Analysierens eines Spannungswerts des Ausgangssignals ansprechend auf einen Signalpegelwechsel des Ansteuersignals und/oder einen Zeitpunkt des Signalpegelwechsels, und wobei der Schritt des Analysierens ferner unter Verwendung von einem vorabdefinierten Schwellenwert zum Beurteilen des Spannungswerts erfolgt, um einen Kurzschluss zu erkennen.
Unter einer PWM-Treiberschaltung kann eine Schaltung oder eine Leistungselektronik verstanden werden, die ein pulsweitenmoduliertes Signal zur Ansteuerung einer elektrischen Last nutzt. Dabei kann das pulsweitenmodulierte Signal kurz als PWM, PWM-Signal oder Ansteuersignal bezeichnet werden. Mittels einem pulsweitenmodulierten Signal oder einer PWM kann ein Mittelwert einer Spannung stufenlos proportional zum Tastgrad eingestellt werden. Der PWM-Modulator kann ausgebildet sein, ein pulsweitenmoduliertes Signal als Ansteuersignal bereitzustellen. Vorteilhaft kann die Leistungsstufen-Einrichtung ohne eine Überdimensionierung ausgelegt werden, da keine Verlustleistung im Falle eines Kurzschlusses kompensiert werden muss. So kann das Verfahren vorteilhaft eine kosteneffiziente Auslegung der PWM-Treiberschaltung und insbesondere der Leistungsstufen-Einrichtung erlauben.
Die Erfindung beruht darauf, dass eine Überwachungseinheit oder Einrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses, den aktuellen Zustand der Treiberstufe oder PWM-Treiberschaltung kennt und somit auch einen erwarteten Spannungswert am Treiber beziehungsweise der Leistungsstufen-Einrichtung. Weicht der gemessene Wert über einen gewissen Zeitraum vom erwarteten Wert ab, kann je nach Auswirkung des Kurzschlusses, die Treiberstufe ausgeschalten oder nur eine entsprechende Information an eine Kontrolleinheit übermittelt werden. Durch diese schnelle Erkennung kann die Treiberstufe beziehungsweise Leistungsstufen-Einrichtung deutlich kleiner ausgeführt werden, da sie im Kurzschlussfall nur kurz überlastet wird und so auf die nominell anfallende Verlustleistung auslegbar ist.
Günstig ist es auch, wenn in einem dem Schritt des Analysierens vorausgehenden Schritt des Erfassens der Spannungswert des Ausgangssignals erfasst wird. Insbesondere kann das Erfassen des Spannungswerts unter Verwendung eines A/D-Wandlers erfolgen. Vorteilhaft kann ein diskreter Wert der Spannung des Ausgangssignals erfasst werden und zur weiteren Verarbeitung dem Schritt des Analysierens bereitgestellt werden. Dabei kann mit einem A/D-Wandler das Ausgangssignal kostengünstig und mit einer hohen Genauigkeit erfasst werden, um im Schritt des Analysierens weiter verarbeitet zu werden.
Günstig ist es auch, wenn in einem dem Schritt des Analysierens vorausgehenden Schritt des Vergleichens das Ausgangssignal mit dem vorabdefinierten Schwellenwert verglichen wird, um ein Komparatorsignal zu erhalten. Im Schritt des Analysierens kann das Komparatorsignal und gleichzeitig oder alternativ ein Wert des Komparatorsignals ansprechend auf den Signalpegelwechsel analysiert werden. Das Komparatorsignal kann eine Information darüber liefern, ob das Ausgangssignal größer oder kleiner dem vorabdefinierten Schwellenwert ist. Das Komparatorsignal kann eine binäre Information darstellen. Das Komparatorsignal kann einfach von einem Mikroprozessor verarbeitet werden. Vorteilhaft kann dadurch im Schritt des Analysierens direkt auf den Vergleich reagiert werden. Vorteilhaft kann dadurch eine Verarbeitungsgeschwindigkeit verbessert werden. Weiterhin kann ein Komparator kostengünstig umgesetzt werden.
Ferner kann in einem dem Schritt des Analysierens vorangehenden Schritt des Bestimmens der vorabdefinierte Schwellenwert unter Verwendung einer Information des Signalpegelwechsels bestimmt werden. So kann die Information des Signalpegelwechsels eine Information über eine steigende Flanke und gleichzeitig oder alternativ eine Information über eine fallende Flanke des Ansteuersignals umfassen. Ferner kann in einem dem Schritt des Analysierens vorangehenden Schritt des Bestimmens der vorabdefinierte Schwellenwert unter Verwendung einer Information über eine Schaltungstopologie bestimmt werden. Im Schritt des Analysierens oder im Schritt des Vergleichens kann der vorabdefinierte Schwellenwert zum Zeitpunkt einer steigenden Flanke sich von dem vorabdefinierten Schwellenwert zum Zeitpunkt einer fallenden Flanke unterscheiden. So können vorteilhaft Charakteristika im Ausgangssignal zu den entsprechenden Zeitpunkten besser erkannt oder ausgewertet werden.
Im Schritt des Analysierens kann der Spannungswert unter Verwendung einer Information über eine Schaltungstopologie analysiert werden. Insbesondere kann dabei zwischen der Schaltungstopologie als Highside-Treiber und gleichzeitig oder alternativ der Schaltungstopologie als Lowside-Treiber unterschieden werden. So kann sich der vorabdefinierte Schwellenwert bei einer Schaltungstopologie als Lowside-Treiber von einer Schaltungstopologie als Highside-Treiber unterscheiden. Das Ausgangssignal kann je nach Schaltungstopologie unterschiedlich sein, bei gleichem Ansteuersignal. Dies kann im Schritt des Analysierens oder im Schritt des Vergleichens berücksichtigt werden.
Ferner kann im Schritt des Analysierens,
wenn die Schaltungstopologie der PWM-Treiberschaltung einen Highside-Treiber repräsentiert, bei einem, auf einen niedrigen Signalpegel des PWM-Signals folgenden Signalpegelwechsel, ein über dem vorabdefinierten Schwellenwert liegender Spannungswert als ein Kurzschluss auf hohem Potenzial erkannt werden, und gleichzeitig oder alternativ
bei einem, auf einen hohen Signalpegel des PWM-Signals folgenden Signalpegelwechsel, ein unter dem vorabdefinierten Schwellenwert liegender Spannungswert als ein Kurzschluss nach Referenzpotenzial und/oder Masse erkannt werden, und gleichzeitig oder alternativ
wenn die Schaltungstopologie einen Lowside-Treiber repräsentiert, bei einem, auf einen niedrigen Signalpegel des PWM-Signals folgenden Signalpegelwechsel, ein unter dem vorabdefinierten Schwellenwert liegender Spannungswert als ein Kurzschluss nach Referenzpotenzial erkannt werden, und gleichzeitig oder alternativ
bei einem, auf einen hohen Signalpegel des PWM-Signals folgenden Signalpegelwechsel, ein über dem vorabdefinierten Schwellenwert liegender Spannungswert als ein Kurzschluss auf hohem Potenzial erkannt werden.
In einem dem Schritt des Analysierens nachfolgenden Schritt des Bereitstellens kann ein Fehlersignal bereitgestellt werden, wenn im Schritt des Analysierens ein Kurzschluss erkannt wird. Insbesondere kann der PWM-Modulator und gleichzeitig oder alternativ die Leistungsstufen-Einrichtung unter Verwendung des Fehlersignals angesteuert werden.
Wenn die Schaltungstopologie der PWM-Treiberschaltung einen Highside-Treiber repräsentiert und im Schritt des Analysierens, bei einem auf einen niedrigen Signalpegel des PWM-Signals folgenden Signalpegelwechsel, ein über dem vorabdefinierten Schwellenwert liegender Spannungswert als ein Kurzschluss auf hohem Potenzial erkannt wird, kann im Schritt des Bereitstellens das Fehlersignal eine Information enthalten über einen Kurzschluss nach einem hohen Potenzial umfassen.
Wenn die Schaltungstopologie der PWM-Treiberschaltung einen Highside-Treiber repräsentiert und im Schritt des Analysierens bei einem, auf einen hohen Signalpegel des PWM-Signals folgenden Signalpegelwechsel, ein unter dem vorabdefinierten Schwellenwert liegender Spannungswert als ein Kurzschluss nach Referenzpotenzial und/oder Masse erkannt wird, kann im Schritt des Bereitstellens das Fehlersignal eine Information enthalten über einen Kurzschluss nach Referenzpotenzial und/oder Masse umfassen und ein Abschalten der Leistungsstufen-Einrichtung oder der PWM-Treiberschaltung bewirken.
Wenn die Schaltungstopologie der PWM-Treiberschaltung einen Lowside-Treiber repräsentiert und im Schritt des Analysierens, bei einem auf einen niedrigen Signalpegel des PWM-Signals folgenden Signalpegelwechsel, ein unter dem vorabdefinierten Schwellenwert liegender Spannungswert als ein Kurzschluss nach Referenzpotenzial und/oder Masse erkannt wird, kann im Schritt des Bereitstellens das Fehlersignal eine Information enthalten über einen Kurzschluss nach Referenzpotenzial und/oder Masse umfassen.
Wenn die Schaltungstopologie der PWM-Treiberschaltung einen Lowside-Treiber repräsentiert und im Schritt des Analysierens bei einem, auf einen hohen Signalpegel des PWM-Signals folgenden Signalpegelwechsel, ein über dem vorabdefinierten Schwellenwert liegender Spannungswert als ein Kurzschluss nach hohem Potenzial erkannt wird, kann im Schritt des Bereitstellens das Fehlersignal eine Information enthalten über einen Kurzschluss nach hohem Potenzial umfassen und ein Abschalten der Leistungsstufen-Einrichtung oder der PWM-Treiberschaltung bewirken.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner 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.
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.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer PWM-Treiberschaltung als Highside-Treiber mit einer Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein Blockschaltbild einer PWM-Treiberschaltung als Lowside-Treiber mit einer Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3a ein Signalverlauf eines Ansteuersignals einer PWM-Treiberschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3b ein Signalverlauf eines Ausgangssignals einer PWM-Treiberschaltung als Highside-Treiber gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3c ein Signalverlauf eines Ausgangssignals einer PWM-Treiberschaltung als Lowside-Treiber gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer PWM-Treiberschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
5 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer PWM-Treiberschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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.
1 zeigt ein Blockschaltbild einer PWM-Treiberschaltung 100 als Highside-Treiber mit einer Überwachungsstufe 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die PWM-Treiberschaltung 100 umfasst einen PWM-Modulator 104 sowie eine Leistungsstufen-Einrichtung 106. Der PWM-Modulator 104 stellt an einem Ausgang ein Ansteuersignal 108 bereit, welches an einem Eingang der Leistungsstufen-Einrichtung 106 anliegt. An einem Anschluss der Leistungsstufen-Einrichtung 106 liegt eine Versorgungsspannung V_supply an. An einem weiteren Anschluss der Leistungsstufen-Einrichtung 106 liegt ein Ausgangssignal 110 an. Der PWM-Modulator 104 ist mit einer Steuereinheit 112 verbunden. Die Steuereinheit 112 stellt für den PWM-Modulator 104 ein Steuersignal 114 bereit. Durch das Steuersignal 114 kann unter anderem ein Tastgrad oder eine Pulsbreite des Ansteuersignals 108 einstellbar sein. Eine Last 116 ist über einen Widerstand 118 mit dem weiteren Anschluss der Leistungsstufen-Einrichtung 106 verbunden. Die Last 116 ist weiterhin mit Masse 120 verbunden. Eine Verbindung zwischen der Last 116 und dem Widerstand 118 ist über eine Kapazität 122 mit Masse 120 verbunden.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Überwachungsstufe 102 einen Synchron-Vergleicher 124 sowie einen Komparator 126. An einem Eingang des Komparators 126 liegt eine Schwellenwertspannung V_thres an, an einem weiteren Eingang des Komparators 126 liegt das Ausgangssignal 110 an. Das heißt, der weitere Eingang des Komparators 126 ist mit dem weiteren Anschluss der Leistungsstufen-Einrichtung 106 verbunden. Ein Ausgang des Komparators 126, an dem ein Komparatorsignal 128 bereitgestellt wird, ist mit einem Eingang des Synchron-Vergleichers 124 verbunden. Der PWM-Modulator 104 ist mit dem Synchron-Vergleicher 124 verbunden. Der Synchron-Vergleicher 124 ist mit der Steuereinheit 112 verbunden. Der Synchron-Vergleicher 124 ist ausgebildet, ein Fehlersignal 130 bereitzustellen. Unter dem Fehlersignal 130 kann eine Fehlermeldung 130 verstanden werden.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel umfasst die Überwachungsstufe 102 den Synchron-Vergleicher 124 sowie einen A/D-Wandler 132. Der A/D-Wandler ist mit dem weiteren Anschluss der Leistungsstufen-Einrichtung 106 verbunden beziehungsweise mit einer Verbindungsleitung zwischen dem Widerstand 118 und dem weiteren Anschluss der Leistungsstufen-Einrichtung 106. Weiterhin ist der A/D-Wandler 132 mit Masse 120 verbunden. Der A/D-Wandler 132 stellt einen Spannungswert 134 des Ausgangssignals 110 dem Synchron-Vergleicher 124 bereit.
Der A/D-Wandler 132 in dem beschriebenen alternativen Ausführungsbeispiel ersetzt den in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel genutzten Komparator 126.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Schwellenwertspannung V_thres oder der vorabdefinierte Schwellenwert V_thres von dem Synchron-Vergleicher 124 oder alternativ einer Schwellenwerteinrichtung der Überwachungsstufe 102 bestimmt und gleichzeitig oder alternativ bereitgestellt.
Die Überwachungsstufe 102 umfasst eine Vorrichtung 134 zum Erkennen eines Kurzschlusses der PWM-Treiberschaltung 100. Die Vorrichtung 134 umfasst dabei einen Teil oder alle Einrichtungen der Überwachungsstufe 102. Die Vorrichtung 134 wird in 5 näher beschrieben.
Die Vorrichtung 134 schafft eine automatische Kurzschlusserkennung an PWM Treiberschaltungen 100.
2 zeigt ein Blockschaltbild einer PWM-Treiberschaltung 100 als Lowside-Treiber mit einer Überwachungsstufe 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die PWM-Treiberschaltung 100 entspricht weitgehend der in 1 gezeigten und beschriebenen PWM-Treiberschaltung 100, mit dem Unterschied, dass ein Masseanschluss 120 und die Versorgungsspannung V_supply vertauscht sind, das heißt, an einem Anschluss der Last 120 liegt die Versorgungsspannung V_supply an und ein Anschluss der Leistungsstufen-Einrichtung 106 ist mit Masse 120 verbunden.
Wie aus 1 und 2 zu ersehen ist, kann die Schaltung sowohl mit einer Spannungsmessung (A/D-Wandler 132) als Analog- oder Digital-Messung ausgeführt, als auch mit einem einfachen Komparator 126 ausgeführt werden. Die Schaltung 100 funktioniert unabhängig davon, ob es sich bei der Leistungsstufe um einen Highside-Treiber (1) oder Lowside-Treiber (2) handelt. Die Überwachungsschaltung funktioniert so, dass bei jedem vom PWM-Modulator 104 erzeugten Flankenwechsel der PWM 108, also dem Ansteuersignal 108, durch einen Synchron-Vergleicher 124 das Ergebnis einer Spannungsmessung oder eines Spannungsvergleichs geprüft wird, ob die Spannung an der Leistungsstufe 106 beziehungsweise Leistungsstufen-Einrichtung 106, dem Erwartungswert entspricht. Um Fehlmessungen, beziehungsweise Fehlinterpretationen durch Einschwingvorgänge zu vermeiden, wird die anliegende Spannung genau zum Zeitpunkt des logischen Potenzialwechsels der PWM 108 durchgeführt, wie dies in den folgenden Figuren 3a bis 3c dargestellt ist. Da der Leistungsteil immer verzögert zum Ansteuerteil reagiert, wird immer der Zustand vor dem aktuellen Flankenwechsel beurteilt. Im Falle eines Highside-Treibers (1 und 3b) wird im ausgeschalteten Zustand des Treibers ein Pegel unterhalb einer zu definierenden Schwelle erwartet. Liegt die gemessene Spannung über der Schwelle, so liegt ein Kurzschluss nach hohem Potenzial vor. Die Leistungsstufe muss nicht ausgeschaltet werden, da sie keine zusätzliche Leistung erbringen muss. Es genügt, eine Information an eine Steuer- oder Überwachungseinheit 112 abzusetzen. Ist die Treiberstufe eingeschaltet, muss der Pegel oberhalb einer entsprechenden Schwelle sein. Ist dies nicht der Fall, so liegt ein Kurzschluss nach Referenzpotenzial, im Normalfall nach Masse vor. In diesem Fall muss die Endstufe so schnell als möglich ausgeschaltet werden, da sie nun eine Verlustleistung erfährt, die oberhalb der Nominalbelastung liegt. Zudem wird auch wieder die Steuerungs- bzw. Überwachungseinheit 112 informiert. Der Einfachheit halber können beide Schwellen auf dem gleichen Niveau liegen, können aber auch zu Optimierungszwecken auf unterschiedlichen Potenzialen liegen. Die Informationen vom Synchron-Vergleicher 124 zur Steuer- und Überwachungseinheit 112 kann sowohl über Zustandsleitungen als auch über entsprechende Bussysteme erfolgen. Im Falle eines Lowside-Treibers wird analog zur vorherigen Beschreibung verfahren. Lediglich wird hierbei bei einem Kurzschluss nach dem höheren Potenzial die Leistungsstufe ausgeschaltet, da in diesem Fall hierbei die höhere Verlustleistung an ihr anfällt.
Als weiterer Vorteil kann die Zeit, in der die Leistungsendstufe durch einen Kurzschluss belastet wird, durch die Steuer-/Kontrolleinheit 112 aufaddiert werden und so die Schutzabschaltung der Endstufe unabhängig von dem "Dutycycle" der PWM 108 ausgeführt werden. Das heißt, nur das Integral der Verlustleistung führt zum Abschalten der Leistungsstufe.
Das Ansteuersignal 108 und das Ausgangssignal 110 werden in den folgenden Figuren 3a bis 3c an einem Ausführungsbeispiel jeweils beschrieben, wobei bestimmte Erfassungspunkte oder Sample-Punkte besonders hervorgehoben werden.
3a zeigt ein Signalverlauf eines Ansteuersignals 108 einer PWM-Treiberschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der PWM-Treiberschaltung 100 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 oder 2 beschriebenen PWM-Treiberschaltung 100 handeln. Das Ansteuersignal 108 ist in einem kartesischen Koordinatensystem dargestellt. Dabei stellt die Abszisse des kartesischen Koordinatensystems eine Zeitachse und die Ordinate des kartesischen Koordinatensystems eine Amplitude des Ansteuersignals 108 dar. Das Ansteuersignal 108 weist dabei eine Rechteckform auf, wobei bei einer konstanten Frequenz eines Rechteckpulses ein Tastgrad modulierbar ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Tastgrad des Ansteuersignals 108 über das dargestellte Zeitintervall konstant. Bei dem dargestellten Ansteuersignal 108 wechselt die elektrische Spannung zwischen zwei vorab definierten Spannungswerten. In einem besonderen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Ansteuersignal 108 um ein TTL-Signal.
Bei jedem Signalpegelwechsel des Ansteuersignals 108 wird zu einem Zeitpunkt 336 des Signalpegelwechsels ein Erfassungspunkt beziehungsweise ein Sample-Punkt erzeugt. Ein Signalpegelwechsel ist charakterisiert durch eine steigende Flanke oder alternativ charakterisiert durch eine fallende Flanke.
3b zeigt ein Signalverlauf eines Ausgangssignals 110 einer PWM-Treiberschaltung als Highside-Treiber gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der PWM-Treiberschaltung 100 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 beschriebenen PWM-Treiberschaltung 100 handeln. Das Ausgangssignal 110 ist in einem kartesischen Koordinatensystem dargestellt. Dabei stellt die Abszisse des kartesischen Koordinatensystems eine Zeitachse und die Ordinate des kartesischen Koordinatensystems eine Amplitude des Ausgangssignals 110 dar. Der Signalverlauf des Ausgangssignals 110 weist eine Ähnlichkeit mit dem in 3a gezeigten Signalverlauf eines Ansteuersignals 108 auf, wobei das Signal bei einem Signalpegelwechsel langsamer ansteigt beziehungsweise langsamer fällt als bei dem Signalverlauf des Ansteuersignals 108. der zweite und der fünfte Zeitpunkt 336 des Signalpegelwechsels sind durch eine senkrechte gestrichelte Linie besonders hervorgehoben. An dem zweiten Zeitpunkt 336 des Signalpegelwechsels ist der Erwartungswert hoch oder „high“. An dem fünften Zeitpunkt 336 des Signalpegelwechsels ist der Erwartungswert niedrig oder „low“. Auch der siebte Zeitpunkt 336 des Signalpegelwechsels ist durch eine senkrechte gestrichelte Linie besonders hervorgehoben. Der niedrige Erwartungswert wird hier nicht erreicht, da ein Kurzschluss nach hohem Potenzial („high Potential“) vorliegt. Ein Schnittpunkt des Signalverlaufs des Ausgangssignals 110 mit dem durch die gestrichelte Linie gekennzeichneten Zeitpunkt 336 des Signalpegelwechsels stellt den Spannungswert 338 des Ausgangssignals 110 dar. Die Schwellenwertspannung V_thres liegt zwischen dem Spannungswert 338 und dem Referenzpotenzial.
3c zeigt ein Signalverlauf eines Ausgangssignals 110 einer PWM-Treiberschaltung als Lowside-Treiber gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der PWM-Treiberschaltung 100 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 2 beschriebenen PWM-Treiberschaltung 100 handeln. Das Ausgangssignal 110 ist in einem kartesischen Koordinatensystem dargestellt. Dabei stellt die Abszisse des kartesischen Koordinatensystems eine Zeitachse und die Ordinate des kartesischen Koordinatensystems eine Amplitude des Ausgangssignals 110 dar. Der Signalverlauf des Ausgangssignals 110 weist eine Ähnlichkeit mit dem invertierten in 3a gezeigten Signalverlauf eines Ansteuersignals 108 auf, wobei das Signal bei einem Signalpegelwechsel langsamer ansteigt beziehungsweise langsamer fällt als bei dem Signalverlauf des Ansteuersignals 108. der zweite und der fünfte Zeitpunkt 336 des Signalpegelwechsels sind durch eine senkrechte gestrichelte Linie besonders hervorgehoben. An dem zweiten Zeitpunkt 336 des Signalpegelwechsels ist der Erwartungswert niedrig oder „low“. An dem fünften Zeitpunkt 336 des Signalpegelwechsels ist der Erwartungswert hoch oder „high“. Auch der siebte Zeitpunkt 336 des Signalpegelwechsels ist durch eine senkrechte gestrichelte Linie besonders hervorgehoben. Der hohe Erwartungswert wird hier nicht erreicht, da ein Kurzschluss nach niedrigem Potenzial („low Potential“) oder Referenzpotenzial vorliegt. Ein Schnittpunkt des Signalverlaufs des Ausgangssignals 110 mit dem durch die gestrichelte Linie gekennzeichneten Zeitpunkt 336 des Signalpegelwechsels stellt den Spannungswert 338 des Ausgangssignals 110 dar. Die Schwellenwertspannung V_thres liegt zwischen dem Spannungswert 338 und dem hohen Potenzial.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Schwellenwertspannung V_thres für ein erwartetes niedriges Potenzial und ein erwartetes hohes Potenzial gleich. In einem alternativen Ausführungsbeispiel unterscheiden sich diese beiden Schwellenwertspannungen V_thres. Weiterhin kann die Schwellenwertspannung V_thres von der Schaltplantopologie abhängig sein.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 440 zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer PWM-Treiberschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der PWM-Treiberschaltung 100 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 oder 2 beschriebenen PWM-Treiberschaltung 100 handeln. In einem Ausführungsbeispiel umfasst PWM-Treiberschaltung einen PWM-Modulator und eine Leistungsstufen-Einrichtung, wobei die Leistungsstufen-Einrichtung unter Verwendung eines von dem PWM-Modulator bereitgestellten Ansteuersignals ein Ausgangssignal bereitstellt. Das Verfahren 440 umfasst einen Schritt 442 des Analysierens eines Spannungswerts des Ausgangssignals ansprechend auf einen Signalpegelwechsel des Ansteuersignals und/oder einen Zeitpunkt des Signalpegelwechsels. Der Schritt 442 des Analysierens erfolgt ferner unter Verwendung von einem vorabdefinierten Schwellenwert zum Beurteilen des Spannungswerts, um einen Kurzschluss zu erkennen.
In einem optionalen Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 440 einen dem Schritt 442 des Analysierens vorausgehenden Schritt 444 des Erfassens des Spannungswerts des Ausgangssignals. Dabei erfolgt das erfassen des Spannungswerts im Schritt 444 des Erfassens insbesondere unter Verwendung eines A/D-Wandlers. In einer alternativen Variante umfasst das Verfahren 440 einen dem Schritt 442 des Analysierens vorausgehenden Schritt 446 des Vergleichens des Ausgangssignals mit dem vorabdefinierten Schwellenwert, um ein Komparatorsignal zu erhalten. Dabei wird im Schritt des Analysierens 442 das Komparatorsignal und/oder ein Wert des Komparatorsignals ansprechend auf den Signalpegelwechsel analysiert.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 440 einen dem Schritt des Analysierens vorangehenden Schritt des Bestimmens des vorabdefinierten Schwellenwerts unter Verwendung einer Information des Signalpegelwechsels.
Optional wird im Schritt 442 des Analysierens der Spannungswert unter Verwendung einer Information über eine Schaltungstopologie analysiert. Insbesondere wird dabei zwischen der Schaltungstopologie als Highside-Treiber und/oder der Schaltungstopologie als Lowside-Treiber unterschieden.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 440 einen optionalen Schritt 448 des Bereitstellens eines Fehlersignals, der dem Schritt 442 des analysieren nachfolgt. Der Schritt 448 des Bereitstellens eines Fehlersignals wird ausgeführt, wenn im Schritt 442 des Analysierens ein Kurzschluss erkannt wird, insbesondere wobei der PWM-Modulator und gleichzeitig oder alternativ die Leistungsstufen-Einrichtung unter Verwendung des Fehlersignals angesteuert wird.
5 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 134 zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer PWM-Treiberschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der PWM-Treiberschaltung 100 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 oder 2 beschriebenen PWM-Treiberschaltung 100 handeln. In einem Ausführungsbeispiel umfasst PWM-Treiberschaltung einen PWM-Modulator und eine Leistungsstufen-Einrichtung, wobei die Leistungsstufen-Einrichtung unter Verwendung eines von dem PWM-Modulator bereitgestellten Ansteuersignals ein Ausgangssignal bereitstellt. Die Vorrichtung 134 ist ausgebildet, das in 4 gezeigte Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses auszuführen. Hierzu umfasst die Vorrichtung 134 eine Einrichtung 550 zum Analysieren eines Spannungswerts des Ausgangssignals ansprechend auf einen Signalpegelwechsel des Ansteuersignals und/oder einen Zeitpunkt des Signalpegelwechsels. Die Einrichtung 550 zum Analysieren ist weiterhin ausgebildet, den Spannungswert unter Verwendung von einem vorabdefinierten Schwellenwert zu beurteilen, um einen Kurzschluss zu erkennen.
In einem optionalen Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 134 eine Einrichtung 552 zum Erfassen des Spannungswerts des Ausgangssignals. Bei der Einrichtung 552 zum Erfassen kann es sich dabei um den in 1 oder 2 gezeigten A/D-Wandler 132 handeln.
In einem optionalen Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 134 eine Einrichtung 554 zum Vergleichen des Ausgangssignals mit dem vorabdefinierten Schwellenwert, um ein Komparatorsignal zu erhalten. Bei der Einrichtung 554 kann es sich in einem Ausführungsbeispiel um den in 1 oder 2 gezeigten Komparator 126 handeln.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 134 eine optionale Einrichtung 556 zum Bestimmen des vorabdefinierten Schwellenwerts. Die Einrichtung 556 zum Bestimmen ist ausgebildet, eine Information über den Signalpegelwechsel und gleichzeitig oder alternativ eine Information über eine Schaltungstopologie einzulesen und den vorabdefinierten Schwellenwert unter Verwendung der eingelesenen Informationen zu bestimmen. Bei der Schaltungstopologie wird beispielsweise zwischen einer PWM-Treiberschaltung als Highside-Treiber, wie diese beispielsweise in 1 dargestellt ist und einer PWM-Treiberschaltung als Lowside-Treiber, wie diese beispielsweise in 2 dargestellt ist, unterschieden.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 134 eine optionale Einrichtung 558 zum Bereitstellen eines Fehlersignals, wenn in der Einrichtung 550 zum Analysieren ein Kurzschluss erkannt wird.
Je nach Ausführungsbeispiel entspricht die in 5 gezeigte Einrichtung 550 zum Analysieren dem in 1 oder 2 gezeigten Synchron-Vergleicher 124, ist ein Teil von diesem oder umfasst diesen.
Ein Aspekt der hier vorgestellten Idee ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, die Kurzschlussbewertung, insbesondere selbsttätig, anhand einer Spannungsmessung, beziehungsweise einem Spannungsvergleich in Abhängigkeit des aktuellen Treiberstatus auszuführen. Hierbei wird ein Fehler nur qualifiziert, wenn der ermittelte Spannungswert nicht zu dem, aus der Stellung des Treibers, erwarteten Status passt. Vorteilhaft wird eine Kurzschlusserkennung nicht nur initial, vor Aktivierung der PWM durchgeführt. Dadurch besteht für die Endstufe bei einem im Betrieb auftretenden Kurzschluss jederzeit ein Schutz. Vorteilhaft entstehen keine Überwachungslücken oder lange Reaktionszeiten. Eine Zerstörung im Kurzschlussfall ist auch ohne ein großzügiges überdimensionieren der PWM-Treiberschaltung beziehungsweise der Leistungsstufen-Einrichtung vermeidbar.
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.
Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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.

Claims

Verfahren (440) zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer PWM-Treiberschaltung (100), wobei die PWM-Treiberschaltung (100) einen PWM-Modulator (104) und eine Leistungsstufen-Einrichtung (106) aufweist, wobei die Leistungsstufen-Einrichtung (106) unter Verwendung eines von dem PWM-Modulator (104) bereitgestellten Ansteuersignals (108) ein Ausgangssignal (110) bereitstellt, mit einem Schritt (442) des Analysierens eines Spannungswerts (338) des Ausgangssignals (110) ansprechend auf einen Signalpegelwechsel des Ansteuersignals (108) und/oder einen Zeitpunkt (336) des Signalpegelwechsels, und wobei der Schritt (442) des Analysierens ferner unter Verwendung von einem vorabdefinierten Schwellenwert (V_thres) zum Beurteilen des Spannungswerts (338) erfolgt, um einen Kurzschluss zu erkennen.
Verfahren (440) gemäß Anspruch 1, mit einem dem Schritt (442) des Analysierens vorausgehenden Schritt (444) des Erfassens Spannungswerts des Ausgangssignals (110), wobei insbesondere das Erfassen des Spannungswerts (338) unter Verwendung eines A/D-Wandlers (132) erfolgt.
Verfahren (440) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem dem Schritt (442) des Analysierens vorausgehenden Schritt (446) des Vergleichens des Ausgangssignals (110) mit dem vorabdefinierten Schwellenwert (V_thres), um ein Komparatorsignal (128) zu erhalten, wobei im Schritt (442) des Analysierens das Komparatorsignal (128) und/oder ein Wert des Komparatorsignals (128) ansprechend auf den Signalpegelwechsel und/oder den Zeitpunkt (336) des Signalpegelwechsels analysiert wird.
Verfahren (440) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem dem Schritt (442) des Analysierens vorangehenden Schritt des Bestimmens des vorabdefinierten Schwellenwerts (V_thres) unter Verwendung einer Information des Signalpegelwechsels.
Verfahren (440) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (442) des Analysierens der Spannungswert (338) unter Verwendung einer Information über eine Schaltungstopologie analysiert wird, insbesondere wobei zwischen der Schaltungstopologie als Highside-Treiber und/oder der Schaltungstopologie als Lowside-Treiber unterschieden wird.
Verfahren (440) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (442) des Analysierens, wenn die Schaltungstopologie der PWM-Treiberschaltung (100) einen Highside-Treiber repräsentiert, bei einem, auf einen niedrigen Signalpegel des Ansteuersignals (108) folgenden Signalpegelwechsel, ein über dem vorabdefinierten Schwellenwert (V_thres) liegender Spannungswert (338) als ein Kurzschluss auf hohem Potenzial erkannt wird, und/oder bei einem, auf einen hohen Signalpegel des Ansteuersignals (108) folgenden Signalpegelwechsel, ein unter dem vorabdefinierten Schwellenwert (V_thres) liegender Spannungswert (338) als ein Kurzschluss nach Referenzpotenzial und/oder Masse (120) erkannt wird, und/oder wenn die Schaltungstopologie einen Lowside-Treiber repräsentiert, bei einem, auf einen niedrigen Signalpegel des Ansteuersignals (108) folgenden Signalpegelwechsel, ein unter dem vorabdefinierten Schwellenwert (V_thres) liegender Spannungswert (338) als ein Kurzschluss nach Referenzpotenzial erkannt wird, und/oder bei einem, auf einen hohen Signalpegel des Ansteuersignals (108) folgenden Signalpegelwechsel, ein über dem vorabdefinierten Schwellenwert (V_thres) liegender Spannungswert (338) als ein Kurzschluss auf hohem Potenzial erkannt wird.
Verfahren (440) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem dem Schritt (442) des Analysierens nachfolgenden Schritt (448) des Bereitstellens eines Fehlersignals (130), wenn im Schritt (442) des Analysierens ein Kurzschluss erkannt wird, insbesondere wobei der PWM-Modulator (104) und/oder die Leistungsstufen-Einrichtung (106) unter Verwendung des Fehlersignals (130) angesteuert werden.
Vorrichtung (134) zum Erkennen eines Kurzschlusses an einer PWM-Treiberschaltung (100), die ausgebildet ist, um alle Schritte eines Verfahrens (440) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche durchzuführen und/oder anzusteuern.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens (440) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche durchzuführen und/oder anzusteuern.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.