DE102018118239A1 - Optokoppler-basierte Steuerschaltung und Verfahren dafür - Google Patents

Optokoppler-basierte Steuerschaltung und Verfahren dafür Download PDF

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Abstract

Eine Optokoppler-basierte Steuerschaltung und ein Verfahren dafür sind offenbart. Die Steuerschaltung weist einen ersten Steuerzweig auf, der einen ersten Steuersignaleingangsanschluss aufweist, der ausgebildet ist, um ein erstes Aus-Funktions-Steuersignal zu empfangen; einen ersten Optokoppler, wobei eine Primärseite des ersten Optokopplers mit dem ersten Steuersignaleingangsanschluss verbunden ist, und ein Ausgang einer Sekundärseite des ersten Optokopplers so ausgebildet, dass er eine erste Leistung steuert, die einer Motorantriebssteuerung zugeführt wird; eine erste primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung ist mit der Primärseite des ersten Optokopplers verbunden und ausgebildet, um periodisch die Verbindung der Primärseite mit dem ersten Steuersignaleingangsanschluss an- und abzuschalten; und eine erste sekundärseitige Filterschaltung, die mit der Sekundärseite des ersten Optokopplers verbunden ist, und ausgebildet ist, um den Ausgang der Sekundärseite zu filtern und als Tiefpassfilter ausgebildet ist, der eine Grenzfrequenz hat, die niedriger ist als eine Ein/Aus-Frequenz der Primärseite. Die Steuerschaltung weist weiterhin eine Diagnoseschaltung auf, die ausgebildet ist, um einen Betriebszustand der Steuerschaltung zu diagnostizieren basierend auf dem Ausgang der Sekundärseite des ersten Optokopplers und der ersten Leistung. Die Steuerschaltung kann eine Safe-Torque-Off (STO)-Schaltung sein

Description

  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Gebiet von elektronischen Schaltungen und insbesondere eine Optokoppler-basierte Steuerschaltung und ein Verfahren dafür.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Optokoppler werden aus kosten- und elektrischen Sicherheitsgründen in Safe-Torque-Off-Schaltungen (STO) eingesetzt. Typischerweise wird die STO in Systemen mit geringen Sicherheitsanforderungen selten eingesetzt. Das heißt, eine Primärseite (Leuchtdiode, LED) des Optokopplers befindet sich über einen extrem langen Zeitraum in einem Dauer-An-Zustand. Dies reduziert die Lebensdauer des Optokopplers erheblich. Da zudem die LED des Optokopplers für eine effektive Diagnose fast nicht abgeschaltet werden kann, kann es zu einem Hängenbleiben-Fehler kommen und die Sicherheit kann beeinträchtigt werden.
  • Im Allgemeinen ist die Zuverlässigkeit des Optokopplers nicht sehr hoch (im Vergleich zu anderen Arten von isolierenden Komponenten). Bei Systemen mit hohen Sicherheitsanforderungen ist es daher wichtig, zu diagnostizieren, ob der Optokoppler einwandfrei arbeitet. Ein herkömmlicher Ansatz besteht darin, einen invertierten Optokoppler in einem STO-Kanal hinzu zu fügen (typischerweise wird für hohe Zuverlässigkeit / Sicherheit eine redundante Konfiguration verwendet, z.B. werden zwei STO-Kanäle verwendet), um ein online-dynamisches Prüfsignal auszulösen. Dies führt zu einer Erhöhung der Kosten und der Schaltungs- / Software-Komplexität. Ein anderer Ansatz ist die Verwendung einer dynamischen Stromquelle in dem STO-Kanal, aber dies erfordert das Hinzufügen eines Transformators, was viel Platz einnimmt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Im Hinblick darauf, ist es die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, zumindest teilweise eine Optokoppler- basierte Steuerschaltung und ein Verfahren dafür bereitzustellen, die eine Verlängerung der Lebensdauer des Optokopplers und einer Verbesserung der Zuverlässigkeit / Sicherheit der Schaltung auf relativ einfache Weise ermöglicht.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine Steuerschaltung bereitgestellt, die einen ersten Steuerzweig aufweist. Der erste Steuerzweig weist auf: einen ersten Steuersignaleingangsanschluss, der so ausgebildet ist, dass er ein erstes Aus-Funktionssteuersignal empfängt; einen ersten Optokoppler mit einer Primärseite und einer Sekundärseite, wobei die Primärseite mit dem ersten Steuersignaleingangsanschluss verbunden ist und ein Ausgang der Sekundärseite so ausgebildet ist, dass er eine erste Leistung steuert, die einer Motorantriebsschaltung zugeführt wird; eine erste primäre Ein/Aus-Steuerschaltung, die mit der Primärseite des ersten Optokopplers verbunden ist und so ausgebildet ist, dass sie periodisch die Verbindung der Primärseite mit dem ersten Steuersignaleingangsanschluss ein- und ausschaltet; und eine erste sekundärseitige Filterschaltung, die mit der Sekundärseite des ersten Optokopplers verbunden ist und so ausgebildet ist, dass sie den Ausgang der Sekundärseite filtert, wobei der erste sekundärseitige Filter als Tiefpassfilter ausgebildet ist, der eine Grenzfrequenz aufweist, die niedriger ist als eine Ein/Aus-Frequenz der Primärseite, die durch die erste primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung gesteuert wird. Die Steuerschaltung weist weiterhin eine Diagnoseschaltung auf, die so ausgebildet ist, dass sie einen Betriebszustand der Steuerschaltung anhand des Ausgangs der Sekundärseite des ersten Optokopplers und der ersten Leistung diagnostiziert.
  • Nach einer Ausbildung der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerschaltung weiterhin einen zweiten Steuerzweig umfassen. Der zweite Steuerzweig weist auf: einen zweiten Steuersignaleingangsanschluss, der so ausgebildet ist, dass er ein zweites Aus-Funktionssteuersignal empfängt; einen zweiten Optokoppler, der eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist, wobei die Primärseite mit dem zweiten Steuersignaleingangsanschluss verbunden ist, und ein Ausgang der Sekundärseite so ausgebildet ist, dass er eine zweite Leistung steuert, die der Motorantriebsschaltung zugeführt wird, eine zweite primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung, die mit der Primärseite des zweiten Optokopplers verbunden ist und so ausgebildet ist, dass sie periodisch die Verbindung der Primärseite mit dem zweiten Steuersignaleingangsanschluss ein- und ausschaltet; und eine zweite sekundärseitige Filterschaltung, die mit der Sekundärseite des zweiten Optokopplers verbunden ist und so ausgebildet ist, dass sie den Ausgang der Sekundärseite filtert, wobei der zweite sekundärseitige Filter als Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz ausgebildet ist, die niedriger ist als eine Ein/Aus-Frequenz der Primärseite, die durch die zweite primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung gesteuert wird, wobei die Diagnoseschaltung weiterhin so ausgebildet ist, dass sie den Betriebszustand der Steuerschaltung anhand des Ausgangs der Sekundärseite des zweiten Optokopplers und der zweiten Leistung diagnostiziert. Der zweite Zweig kann eine redundante Konfiguration bereitstellen.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann jede der ersten primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung und zweiten primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung jeweils eines haben von: einer Reihenschaltungskonfiguration, die eine Schalteinrichtung aufweist, die in Reihe mit einer Primärseite eines jeweiligen Optokopplers geschaltet ist und so ausgebildet ist, dass sie periodisch ein- und ausgeschaltet wird, um so die Verbindung der Primärseite des jeweiligen Optokopplers mit jeweiligen Steuersignaleingangsanschluss periodisch ein-/auszuschalten; oder einer Parallelschaltungskonfiguration, die einen Bypasszweig aufweist, der parallel zu einer Primärseite eines jeweiligen Optokopplers geschaltet ist, wobei der Bypasszweig eine Schalteinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, um periodisch ein- und auszuschalten, um so periodisch die Primärseite des jeweiligen Optokopplers zu umgehen.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die erste primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung und die zweite primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung jeweils die Reihenschaltungskonfiguration haben und dieselbe Schalteinrichtung teilen oder unterschiedliche jeweilige Schalteinrichtungen haben. Alternativ kann eine der ersten primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltungen und der zweiten primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltungen die Reihenschaltungskonfiguration haben und die andere kann die Parallelschaltungskonfiguration haben. Alternativ können die erste primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung und die zweite primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung die Parallelschaltungskonfiguration haben.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die erste primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung und die zweite primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung jeweils einen Oszillator aufweisen, der so ausgebildet ist, dass er ein oszillierendes Signal zum Steuern der jeweiligen Schalteinrichtung ausgibt. Die den jeweiligen Oszillatoren zugeführte Leistung der ersten primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung und der zweiten primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung kann auf einem Eingang an dem ersten Steuersignaleingangsanschluss beziehungsweise an einem Eingang an dem zweiten Steuersignaleingangsanschluss basieren.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können die erste primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung und die zweite primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung sich denselben Oszillator teilen. Eine Leistung kann dem gemeinsamen Oszillator zugeführt werden, wenn ein Eingang am ersten Steuersignaleingangsanschluss und/oder zweiten Steuersignaleingangsanschluss hoch ist.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der erste Steuerzweig weiterhin einen ersten Leistungsübertragungsweg aufweisen, der so ausgebildet ist, dass er die erste Leistung von einer Leistungsquelle zu der Motorantriebsschaltung überträgt, wobei der erste Leistungsübertragungsweg eine erste Schalteinrichtung aufweist und der gefilterte Ausgang der Sekundärseite des ersten Optokopplers ausgebildet ist, um Ein/Aus der ersten Schalteinrichtung so zu steuern, dass sie den ersten Leistungsübertragungsweg an- oder abschaltet. Ebenso kann der zweite Steuerzweig weiterhin einen zweiten Leistungsübertragungsweg aufweisen, der so ausgebildet ist, dass er die zweite Leistung von der Leistungsquelle zu der Motorantriebsschaltung überträgt, wobei der zweite Leistungsübertragungsweg eine zweite Schalteinrichtung aufweist und der gefilterte Ausgang der Sekundärseite des zweiten Optokopplers so ausgebildet ist, dass er Ein/Aus der zweiten Schalteinrichtung so steuert, dass sie den zweiten Leistungsübertragungsweg an- oder abschaltet. In diesem Fall, wenn der Ausgang der Sekundärseite des ersten Optokopplers anzeigt, dass sich die Sekundärseite in einem Dauer-Aus-Zustand befindet, aber die erste Leistung eine Spannung hat, die ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, kann die Diagnoseschaltung feststellen, ob die erste Schalteinrichtung ausgefallen ist. Wenn der Ausgang der Sekundärseite des zweiten Optokopplers anzeigt, dass die Sekundärseite sich in einem Dauer-Aus-Zustand befindet, aber die zweite Leistung eine Spannung hat, die ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, kann die Diagnoseschaltung darüber hinaus feststellen, dass die zweite Steuereinrichtung ausgefallen ist.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Tiefpassfilter einen RC-Tiefpassfilter aufweisen, der mit einem ersten Widerstand und einem Kondensator gebildet ist, um einen gefilterten Ausgang über den Kondensator zu liefern. Darüber hinaus kann die Steuerschaltung weiterhin einen zweiten Widerstand aufweisen, der über den Kondensator geschaltet ist, wobei verglichen mit einem Widerstandswert des ersten Widerstandes ein Widerstandswert des zweiten Widerstandes ausreichend groß ist, so dass ein Ladevorgang des Kondensators schneller ist als sein Entladevorgang.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Diagnoseschaltung bei der Feststellung, dass mindestens eine der ersten primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung und der zweiten primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung ausgefallen ist, so ausgebildet, dass sie die Steuerschaltung anweist, auf ein niedriges Sicherheitsniveau herunterzustufen oder die Steuerung anzuweisen, die Ausgabe eines Antriebssteuersignals für die Motorantriebsschaltung zu stoppen.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Diagnoseschaltung feststellen, wenn der Ausgang der Sekundärseite des ersten Optokopplers eine oszillierende Wellenform ist und die erste Leistung eine Spannung hat, die ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, dass der erste Steuerzweig in einem normalen Betriebszustand ist. Zusätzlich, wenn der Ausgang der Sekundärseite des ersten Optokopplers anzeigt, dass die Sekundärseite in einem Dauer-Aus-Zustand ist und die erste Leistung eine Spannung hat, die nicht ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, kann die Diagnoseschaltung feststellen, dass eine Aus-Funktion in dem ersten Steuerzweig aktiviert ist oder der Optokoppler ausgefallen ist. Zusätzlich kann die Diagnoseschaltung, wenn der Ausgang der Sekundärseite des ersten Optokopplers anzeigt, dass die Sekundärseite in einem Dauer-An-Zustand ist und die erste Leistung eine Spannung hat, die ausreichend ist, um die Motorantriebsschaltung anzutreiben, feststellen, dass der erste Optokoppler ausgefallen ist.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann in dem Fall, wo sich der erste Steuerzweig und der zweite Steuerzweig denselben Oszillator teilen, die Diagnoseschaltung, wenn ein Ausgang der Sekundärseite eines Optokopplers des ersten Steuerzweigs oder des zweiten Steuerzweigs eine oszillierende Wellenform ist und eine jeweilige Leistung eine Spannung hat, die ausreichend ist, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, und ein Ausgang einer Sekundärseite eines Optokopplers des zweiten Steuerzweigs oder des ersten Steuerzweigs anzeigt, dass die Sekundärseite in einem Dauer-Aus-Zustand ist und eine jeweilige Leistung eine Spannung hat, die nicht ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzutreiben, feststellen, dass eine Aus-Funktion in dem jeweils anderen Steuerzweig aktiviert ist oder ein jeweiliger Optokoppler ausgefallen ist. Zusätzlich, wenn ein Ausgang einer Sekundärseite von des ersten Optokopplers oder des zweiten Optokopplers die oszillierende Wellenform ist, ein Ausgang einer Sekundärseite des zweiten Optokoppler oder des ersten Optokoppler anzeigt, dass die Sekundärseite in einem Dauer-An-Zustand ist und die erste Leistung und die zweite Leistung Spannungen haben, die ausreichen, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, kann die Diagnoseschaltung feststellen, dass der Optokoppler, dessen Sekundärseite in dem Dauer-An-Zustand ist, ausgefallen ist. Zusätzlich, wenn Ausgänge von Sekundärseiten von erstem Optokoppler und zweiten Optokoppler anzeigen, dass die Sekundärseiten von erstem Optokoppler und zweitem Optokoppler beide in dem Dauer-An-Zustand sind und die erste Leistung und die zweite Leistung Spannungen haben, die ausreichend sind, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, kann die Diagnoseschaltung feststellen, dass der gemeinsame Oszillator ausgefallen ist.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das erste Aus-Funktionssteuersignal ein erstes Safety-Torque-Off-Signal sein und zeigt an die erste Leistung abzuschalten, die der Motorantriebsschaltung zugeführt wird, wenn es nicht auf einem hohen Pegel ist. Ähnlicherweise kann das zweite Aus-Funktionssteuersignal ein zweites Safety-Torque-Off-Signal sein und zeigt an, die zweite Leistung abzuschalten, die der Motorantriebsschaltung zugeführt wird, wenn es nicht auf einem hohen Pegel ist.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Betreiben der oben beschriebenen Steuerschaltung bereitgestellt, das aufweist: Bereitstellen des ersten Aus-Funktionssteuersignals an einem ersten Steuersignaleingangsanschluss; periodisches An- und Abschalten einer Verbindung einer Primärseite eines ersten Optokopplers zu dem ersten Steuersignaleingangsanschluss über eine erste primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung; Steuern einer ersten Leistung, die einer Motorantriebsschaltung zugeführt wird, basierend auf einem gefilterten Ausgang einer Sekundärseite des ersten Optokopplers, der an einer ersten sekundärseitigen Filterschaltung bereitgestellt ist; und Diagnostizieren eines Betriebszustands der Steuerschaltung basierend auf dem Ausgang der Sekundärseite des ersten Optokopplers und der ersten Leistung, die der Motorantriebsschaltung zugeführt wird.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine elektronische Einrichtung bereitgestellt, die die oben beschriebene Steuerschaltung aufweist.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Speichermedium bereitgestellt, das ausführbare Anweisungen gespeichert hat, die, wenn sie durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden, bewirken, die ein oder mehreren Prozessoren das oben beschriebene Verfahren ausführen.
  • Nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden Optokoppler immer noch als isolierende Komponente verwendet, die relativ niedrigpreisig sind, verglichen mit anderen isolierten Komponenten, wie magnetische, kapazitive, HF-gekoppelte Isolatoren und dergleichen. Zusätzlich arbeitet der Optokoppler in einem An-Aus-Zustand und ist nicht immer eingeschaltet, so dass seine Lebensdauer optimiert werden kann. Darüber hinaus kann der Betriebszustand der Schaltung diagnostiziert werden und die Schaltung kann auf ein niedriges Sicherheitsniveau heruntergestuft werden, wenn ein Fehler erkannt wird, aber dennoch in Betrieb bleiben.
  • Figurenliste
  • Die oben genannten und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
    • 1 zeigt schematisch ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für einen Motorantrieb;
    • 2 zeigt schematisch ein Schaltungsdiagramm zur Diagnose durch einen inversen Optokoppler;
    • 3 zeigt schematisch ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 4 zeigt schematisch ein Schaltungsdiagramm einer Steuerschaltung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 5 - 8 zeigen schematisch ein Schaltungsdiagramm einer primärseitigen Ein-Aus-Steuerschaltung nach verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 9 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Steuerschaltung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • In den beigefügten Zeichnungen weisen dieselben oder ähnlichen Bezugszeichen auf die gleichen oder ähnlichen Komponenten hin.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Beschreibung erläuternd ist und nicht beabsichtigt ist, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu beschränken. Darüber hinaus werden in der nachfolgenden Beschreibung bekannte Strukturen und Techniken weggelassen, um das Konzept der vorliegenden Offenbarung nicht unnötigerweise zu verbergen.
  • Die hier verwendeten Begriffe dienen lediglich dazu, bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und sind nicht vorgesehen, um die vorliegende Offenbarung zu beschränken. Die Wörter „ein“, „einen“ und „die“ usw., die hier verwendet werden, sollen auch die Bedeutung von „mehreren“ und „einer Vielzahl von“ umschließen, solange nicht der Kontext klar etwas anderes sagt. Darüber hinaus zeigen die Begriffe „einschließen“, „aufweisen“, usw., die hier verwendet werden, die Existenz von Merkmalen, Schritten, Betriebsweisen und / oder Komponenten an, aber schließen nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Schritten, Betriebsweisen oder Komponenten aus.
  • Alle hier verwendeten Begriffe, einschließlich der technischen und wissenschaftlichen Begriffe, haben die Bedeutung die gemeinhin von dem Durchschnittsfachmann verstanden werden, solange sie nicht anderweitig definiert sind. Es ist zu beachten, dass die hier verwendeten Ausdrücke so zu interpretieren sind, dass sie einer dem Kontext der vorliegenden Beschreibung entsprechende Bedeutung haben, aber nicht in einer idealen oder zu starren Weise interpretiert werden.
  • Sofern nicht anders angegeben, sind die numerischen Parameter in der vorliegenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen Näherungswerte und können nach den gewünschten Eigenschaften, die durch den Inhalt der vorliegenden Offenbarung erhalten werden, variieren. Insbesondere sollten alle Zahlen, die den Inhalt von Zusammensetzungen, Reaktionsbedingungen und dergleichen ausdrücken, wie sie in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, verstanden werden, als durch den Begriff „ungefähr“ modifiziert zu werden. Im Allgemeinen bezieht sich die Bedeutung ihres Ausdrucks auf den Einschluss einer Variation eines bestimmten Betrages, wie zum Beispiel +- 10 % oder mehr oder weniger in einigen Ausführungsformen.
  • Die in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Ordnungszahlen, wie „erste“, „zweite“, „dritte“, und dergleichen werden verwendet, um ein entsprechendes Element zu modifizieren, aber die Ordnungszahlen an sich bedeuten nicht, dass das Element eine Ordnungszahl hat, noch stellen sie die Reihenfolge einer Komponente und einer anderen Komponente oder die Reihenfolge, in der es gemacht wird, oder ihre Bedeutung dar. Die Ordnungszahlen werden nur verwendet, um eine Komponente mit einem bestimmten Namen eindeutig von einer anderen Komponente mit dem gleichen Namen unterscheidbar zu machen.
  • 1 zeigt schematisch ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für einen Motorantrieb.
  • Wie in 1 gezeigt, kann eine Steuerschaltung 100 unterteilt werden in eine Niederspannungsseite (z.B. Schutzspannung, PELV) und eine Hochspannungsseite. Bei der Niederspannungsseite handelt es sich in erster Linie um Niederspannungen, wie z.B. verschiedene Steuersignale; und bei der Hochspannungsseite handelt es sich in erster Linie um Hochspannungen, wie z.B. die Versorgung einer Last (z.B. eines Motors) mit einer Leistung. Für den Zweck der elektrischen Sicherheit ist eine elektrisch isolierende Komponente, wie ein Optokoppler 101, zwischen der Niederspannungsseite und der Hochspannungsseite angeordnet. Der Optokoppler 101 kann einerseits die elektrische Isolierung zwischen der Niederspannungsseite und der Hochspannungsseite ermöglichen und andererseits die Steuerung der Niederspannungsseite auf die Hochspannungsseite übertragen (in optischer Weise).
  • Insbesondere kann der Optokoppler 101 eine Primärseite 101P und eine Sekundärseite 101S aufweisen. Die Primärseite 101P kann in der Form einer Leuchtiode (LED) sein, die an- oder ausgeschaltet wird entsprechend einem Steuersignal, das an einem Steuersignaleingangsanschluss empfangen wird. Zum Beispiel kann, wenn das Steuersignal auf einem hohen Pegel ist (dies führt dazu, dass die über der LED anliegende Spannung höher ist als die Anschaltspannung der LED), kann die LED angeschaltet werden und Licht aussenden; und wenn das Steuersignal an einem nicht hohem Pegel ist (z.B. an einem niedrigen Pegel oder geöffnet), kann die LED abgeschaltet werden. Die Sekundärseite 101S kann in der Form einer Triode sein und ein optisches Signal, das durch die LED der Primärseite 101P ausgesendet wird, kann als ihr Basissignal verwendet werden. Genauer gesagt kann, wenn die LED der Primärseite 101P angeschaltet wird und Licht abgibt, die Triode der Sekundärseite 101S angeschaltet werden; und wenn die LED der Primärseite 101P abgeschaltet wird und kein Licht abgibt, kann die Triode der Sekundärseite 101S abgeschaltet werden.
  • Daher kann die Sekundärseite 101S entsprechend dem Steuersignal am Steuersignaleingangsanschluss ein- oder ausgeschaltet werden. Das Ein/Aus der Sekundärseite 101S kann eine Leistungsversorgung einer Leistungsversorgungsschaltung 103 steuern. Beispielsweise kann das An/Aus der Sekundärseite 101S eine Leistungsversorgung zu der externen Last durch die Leistungsversorgungsschaltung 103 steuern, die entsprechend ein-/ausgeschaltet wird. Somit kann eine Motorantriebsschaltung 105, die durch die Leistungsversorgungsschaltung 103 gespeist wird, arbeiten (bei Leistungsversorgung) oder entsprechend den Betrieb einstellen (bei fehlender Leistungsversorgung) basierend auf dem Steuersignal an dem Steuersignaleingangsanschluss.
  • Die Motorantriebsschaltung 105 kann unter Verwendung der von der Leistungsversorgungsschaltung 103 gelieferten Leistung arbeiten. Insbesondere kann die Motorantriebsschaltung 105 ein Antriebssignal an den Motor so ausgeben, dass sie den Motor zum Betrieb antreibt, nach einem Antriebssteuersignal (zum Steuern einer Rotation/Anhalten des Motors, eine Drehgeschwindigkeit, usw., beispielsweise ein Pulsbreitenmodulationssignal (PWM-Signal)), das durch eine Motorsteuerung 107 geliefert wird. Typischerweise ist das Antriebssteuersignal, das durch die Motorsteuerung 107 geliefert wird, beispielsweise ein PWM-Signal, auf einer niedrigen Spannung (z.B. ungefähr 3,3 V). Die Motorantriebsschaltung 105 kann ein Antriebssignal einer hohen Spannung (z.B. ungefähr 20 V) ausgeben unter Verwendung der Leistungsversorgung der Leistungsversorgungsschaltung 103. Das Antriebssignal entspricht dem Antriebssteuersignal und ist beispielsweise ein PWM-Signal mit der gleichen Wellenform.
  • Ein Drehmoment kann dem Motor über eine Schalteinrichtung zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise ein Bipolar Transistor mit isoliertem Gate (IGBT). Für einen Dreiphasenmotor ist es normalerweise möglich, sechs IGBT zu verwenden, mit drei von ihnen jeweils auf der hohen und auf der niedrigen Seite. Das Antriebssignal, das durch die Motorantriebsschaltung 105 ausgegeben wird, kann an ein Gate des IGBT gekoppelt werden, um das An/Aus des IGBT zu steuern. Entsprechend kann die Motorsteuerung 107 sechs Antriebssteuersignale, wie beispielsweise PWM-Signale für die sechs IGBTs ausgeben. Die Motorantriebsschaltung 105 kann einen Hochseitentreiber und einen Niedrigseitentreiber (siehe 405H und 405L in 4) aufweisen, für die IGBTs auf der hohen Seite beziehungsweise die IGBTs auf der niedrigen Seite, die jeweils drei jeweilige Antriebssteuersignale empfangen und drei (Gate) Antriebssignale für drei jeweilige IGBTs ausgeben. Die Drehzahl des Motors kann eingestellt werden mit dem Tastverhältnis des PWM-Signals. Es ist hier darauf hinzuweisen, dass die jeweiligen Steuerzweige für den Treiber der hohen Seite bzw. den Treiber der niedrigen Seite vorgesehen sein können (siehe 4).
  • Die Steuerschaltung 100 kann eine Safe-Torque-Off (STO) Schaltung sein. In diesem Fall können die Steuersignale des Steuersignaleingangsanschlusses das STO-Signal sein. Im Allgemeinen ist das STO-Signal, das sich auf einem hohen Pegel befindet (z. B. etwa 24V), ein „ungültiger Zustand“, d.h. es zeigt an, dass der Motor ordnungsgemäß arbeitet und nicht abgeschaltet werden muss; und das STO-Signal, das sich auf einem nicht hohen Pegel befindet (z.B. auf einer niedrigen Spannung, beispielsweise 0V oder geöffnet) ist ein „gültiger Zustand“, d.h. es zeigt an, dass der Motor abgeschaltet ist. Der sogenannte „hohe Pegel“ bezieht sich auf eine Spannung, die die LED der Primärseite 101P des Optokopplers 101 wirksam einschalten kann; und der „nicht hohe Pegel“ bezieht sich auf eine Spannung, die die LED auf der Primärseite 101P des Optokopplers 101 ausgeschaltet hält. Im Allgemeinen ist das gültige STO-Signal in dem System kaum vorhanden, d.h. der Motor bleibt im Wesentlichen immer in Betrieb. In diesem Fall ist die LED der Primärseite 101P fast immer eingeschaltet, was die Lebensdauer des Optokopplers 101 wesentlich beeinträchtigt.
  • Wie oben beschrieben, kann eine Diagnosefunktion durch Hinzufügen eines invertierten Optokopplers ermöglicht werden. 2 zeigt schematisch ein Schaltungsdiagramm zur Diagnose durch einen invertierten Optokoppler.
  • Wie in 2 dargestellt, kann ein invertierter Fotokoppler 201 in Reihe an der Primärseite des Optokopplers 101 geschaltet werden. Insbesondere kann eine Sekundärseite des inversen Fotokopplers 201 in Reihe geschaltet werden mit der Primärseite des Optokopplers 101 und eine Primärseite des invertierter Fotokopplers 201 kann zum Empfang eines Testimpulses geschaltet werden.
  • Im Betriebszustand kann eine Niederspannung, beispielsweise eine Erdung, an einem Testimpulseingangsanschluss aufrechterhalten werden, so dass der invertierte Optokoppler 201 eingeschaltet bleibt. In diesem Fall arbeitet der Optokoppler 101 nach einem Steuersignal (z.B. einem STO-Signal, wie in 2 gezeigtes STO1), wie oben in Verbindung mit 1 beschrieben. Während des Testes kann ein Hochspannungsimpuls an den Testimpulseingangsanschluss angelegt werden, so dass die primärseitige LED des invertierten Fotokopplers 201 temporär geschaltet wird und entsprechend die sekundärseitige Triode des invertierten Fotokopplers 201 temporär abgeschaltet wird. Dann wird die primärseitige LED des Optokopplers 101 temporär geöffnet und somit sollte die sekundärseitige Triode des Optokopplers 101 sollte temporär abgeschaltet werden. Der Ein-Zustand der sekundärseitigen Triode des Fotokopplers 201 kann geprüft werden, um festzustellen, ob ein Hängenbleibefehler aufgetreten ist.
  • Dies erhöht jedoch, wie oben erwähnt, die Kosten und die Komplexität von Schaltung/Software.
  • Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Technologie, in der eine Primärseite eines Optokopplers während normalem Betrieb in einem Dauer-An-Zustand gehalten wird, kann eine Primärseite eines Optokopplers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung intermittierend angeschaltet werden, d.h. in einer Betriebsweise sein, in der sie abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird. Auf diese Weise kann eine Einschaltdauer des Optokopplers vermindert werden, wodurch die Lebensdauer des Optokopplers verlängert wird. Aufgrund dieses Ein/Ausschaltens an der Primärseite gibt es entsprechend auch ein Ein/Ausschalten an der Sekundärseite. Im Normalbetrieb sollte jedoch eine stabile Leistungsversorgung aufrechterhalten werden, die einen stabilen Ausgang von einer Sekundärseite erfordert. Um ein stabiles Signal von einer Sekundärseite auszugeben, wo ein Ein/Ausschalten erfolgt, kann ein Tiefpassfilter an einem Ausgang der Sekundärseite hinzugeführt werden. Eine Grenzfrequenz des Tiefpassfilters kann niedriger eingestellt werden als eine Ein-/Ausfrequenz der Primär/Sekundärseite, die Hochfrequenzeigenschaften aufgrund des An/Ausschalten herausfiltern und ein im Wesentlichen stabiles Signal ausgeben kann.
  • 3 zeigt schematisch ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Ähnlich der in 1 gezeigten Steuerschaltung 100 kann eine Steuerschaltung 300 nach der vorliegenden Ausführungsform einen Optokoppler 301 aufweisen. Der Fotokoppler 301 weist eine Primärseite 301P und eine Sekundärseite 301S auf. Bezüglich des Optokopplers 301 kann auf die obige Beschreibung des Optokopplers 101 in Verbindung mit 1 verwiesen werden.
  • Die Primärseite 301P kann mit einem Steuersignaleingangsanschluss gekoppelt werden, um durch ein Steuersignal an dem Steuersignaleingangsanschluss, z.B. ein STO-Signal, gesteuert zu werden. Wie oben beschrieben, kann, um zu verhindern, dass sich die Primärseite 301P im Normalbetrieb immer im Dauer-An-Zustand befindet, eine primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung 309 in einem elektrischen Pfad zwischen der Primärseite 301P und dem Steuersignaleingangsanschluss angeordnet sein. Die primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung 309 kann das Ein/Aus des elektrischen Pfads zwischen der Primärseite 301P und dem Steuersignaleingangsanschluss steuern. Genauer gesagt kann die primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung 309 eine Verbindung der Primärseite 301P zu dem Steuersignaleingangsanschluss periodisch an- und ausschalten. So wird auf der einen Seite die Primärseite 301P unter der Steuerung des Steuersignals an dem Steuersignaleingangsanschluss gesteuert. Zum Beispiel, wenn das Steuersignal auf einem hohen Pegel ist (im Fall eines STO ein „ungültiges“ STO-Signal, d.h. es zeigt an, dass der Motor ordnungsgemäß arbeitet), wird eine effektive „Leistungsversorgung“ zu der Primärseite 301P und der Ein/Aus-Steuerschaltung 309 aufrechterhalten, so dass sie in einem Normalbetrieb arbeiten können; wenn das Steuersignal an einem nicht hohen Pegel ist (beispielsweise in dem Fall des STO ein „gültiges“ STO-Signal, beispielsweise an einer Massespannung oder geöffnet, anzeigen, dass der Motor den Betrieb einstellen sollte), wird die Primärseite 301P abgeschaltet und damit wird auch die Sekundärseite 301S abgeschaltet, d.h. die Sekundärseite bleibt in einem Aus-Zustand, wodurch eine Aus-Steuerung (z.B. die STO-Funktion) ermöglicht wird. Auf der anderen Seite befindet sich die Primärseite 301P unter der Steuerung der primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung 309. Wenn sich das Steuersignal auf einem hohen Pegel befindet, wird die Wirkung der Ein/Aus-Steuerschaltung bewirken, dass die Primärseite 301P periodisch ein- und ausgeschalten wird. Dementsprechend wird die Sekundärseite 301S periodisch ein- und ausgeschaltet.
  • Die Steuerschaltung 300 kann weiterhin eine sekundärseitige Filterschaltung 311 aufweisen, die an dem Ausgang der Sekundärseite 301 angeordnet ist. Wegen der Existenz der primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung 309 kann der Ausgang an der Sekundärseite 301S geöffnet werden (in dem Fall eines Steuersignals mit einem nicht hohen Pegel, was ein Aus anzeigt) oder ein oszillierendes Signal sein für ein Ein/Aus-Schalten im Fall eines Steuersignals mit einem hohen Pegel, dass einen Betrieb anzeigt. Die sekundärseitige Filterschaltung 311 kann als Tiefpassfilter ausgebildet sein, in dem eine Grenzfrequenz kleiner ist als eine Oszillationsfrequenz des Oszillationssignals (d.h. die Ein/Aus-Schaltfrequenz an der Primärseite/Sekundärseite).
  • Schlechthin kann in dem Fall eines Steuersignals mit hohem Pegel, das Betrieb anzeigt, die sekundärseitige Filterschaltung 311 das oszillierende Signal auf der Sekundärseite in ein im Wesentlichen stabiles Signal filtern (es können noch einige Schwankungen auftreten), ähnlich zu dem Fall, dass die Primärseite 301P immer eingeschaltet ist.
  • Das heißt, durch die Einführung der primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung 309 wird eine Einschaltdauer der Primärseite 301P reduziert und somit kann die Lebensdauer des Optokopplers erhöht werden. Zusätzlich kann die Steuerschaltung 300 durch Anordnung der sekundärseitigen Filterschaltung 311, obwohl es das oszillierende Signal gibt, immer noch steuern, ob oder ob nicht der Motor auf der Basis des Steuersignals in einer stabilen Weise arbeitet, aber nicht in einer oszillierenden Weise, ohne zu bewirken, dass der Motor intermittierend arbeitet.
  • Ebenfalls in 3 dargestellt ist eine Leistungsversorgungsschaltung 303, eine Motorantriebsschaltung 305 und eine Motorsteuerung 307. Bezüglich dieser Komponenten kann auf die obige Beschreibung der Leistungsversorgungsschaltung 103, der Motorantriebsschaltung 105 und der Motorsteuerung 107 in Verbindung mit 1 verwiesen werden.
  • Nach einer Ausführungsform kann die Steuerschaltung 300 weiterhin eine Diagnoseschaltung 313 zur Diagnose eines Betriebszustands der Steuerschaltung aufweisen. Die Steuerschaltung 313 kann den Ausgang der Sekundärseite 301 und die Leistung, die einer externen Last durch die Leistungsversorgungsschaltung 303 zugeführt wird, als Eingänge nehmen und auf der Basis dieser Eingänge Diagnosen durchführen, und die Einzelheiten der Diagnose werden weiter unten genauer beschrieben werden.
  • Zusätzlich kann die Steuerschaltung 300 entsprechend einem Diagnoseergebnis der Diagnoseschaltung 301 angewiesen, verschiedene Maßnahmen zu treffen. Beispielsweise kann die Diagnoseschaltung 313 das Diagnoseergebnis an die Motorsteuerung 307 ausgeben. Wenn das Diagnoseergebnis anzeigt, dass es ein Fehler in der Steuerschaltung gibt, kann die Motorsteuerung 307 den Motor steuern, den Betrieb einzustellen, (beispielsweise durch Stoppen der Ausgabe eines Antriebssteuersignals an die Motorantriebsschaltung 305). Nach einer anderen Ausführungsform, wenn das Diagnoseergebnis anzeigt, dass es einen Fehler in der Steuerschaltung gibt, kann die Steuerschaltung auf ein niedriges Sicherheitsniveau heruntergestuft werden. Bei der niedrigen Sicherheitsstufe kann keine Diagnose oder nur eine Teildiagnose gestellt werden, verglichen mit einer hohen Sicherheitsstufe, wie im Folgenden näher beschrieben wird.
  • In 3 ist ein Beispiel eines einzelnen Steuerzweigs dargestellt. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern kann weitere Steuerzweige umfassen, von denen jeder auch einen Optokoppler, eine primärseitige An/Aus-Steuerschaltung und eine sekundärseitige Filterschaltung aufweisen kann.
  • Nachfolgend wird ein konkretes Beispiel der Steuerschaltung am Beispiel eines STO beschrieben. 4 zeigt schematisch einen Schaltplan einer Steuerschaltung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Wie in 4 dargestellt, kann eine STO-Schaltung 400 nach der vorliegenden Ausführungsform 2 Steuerzweige aufweisen (STO1, U1, 411-1, Q1, SVcc1; STO2, U2, 411-2, Q2, SVcc2). Wie oben beschrieben, handelt es sich dabei um eine Redundanz, die für eine hohe Zuverlässigkeit/Sicherheit sorgt. Die Fachleute sollten verstehen, dass es einen einzigen Steuerzweig geben kann und dass es natürlich auch mehr Steuerzweige geben kann
  • Die Konfiguration eines jeden Steuerzweiges kann auf der Konfiguration der in 3 dargestellten Steuerschaltung basieren. Insbesondere kann ein erster Steuerzweig einen ersten Optokoppler U1 mit einer Primärseite, die mit einem ersten STO-Signaleingangsanschluss STO1 verbunden ist, und eine Sekundärseite, die einem ersten sekundärseitigen Filter 411-1 verbunden ist, aufweisen. Ebenso kann ein zweiter Steuerzweig einen zweiten Optokoppler U2 mit einer Primärseite, die mit einem zweiten STO-Signaleingangsanschluss STO2 verbunden ist, und einer Sekundärseite, die mit einem zweiten sekundärseitigen Filter 411-2 verbunden ist, aufweisen.
  • In diesem Beispiel teilen sich der erste Steuerzweig und der zweite Steuerzweig die selbe primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung 409. Die primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung 409 weist eine Schalteinrichtung Q3 auf (beispielsweise einen NMOSFET), der in Reihe geschaltet ist mit der Primärseite des ersten Fotokopplers U1, wie auch der Primärseite des zweiten Fotokopplers U2. Durch periodisches an- und ausschalten der Schalteinrichtung Q3 werden das erste STO-Signal an den STO1 und das zweite STO-Signal an den STO2 periodisch an die Primärseite des ersten Fotokopplers U1 beziehungsweise die Primärseite des zweiten Fotokopplers U2 angelegt.
  • Es gibt verschiedene Möglichkeiten das Ein/Aus der Schalteinrichtung Q3 zu steuern. Beispielsweise kann die Ein/Aus-Steuerung der Schalteinrichtung Q3 einfach durch den Einsatz eines Oszillators U3 realisiert werden. Insbesondere kann der Oszillator U3 ein Schwingungssignal ausgeben, das zwischen einem hohen Pegel und einem niedrigen Pegel schwingt und das Schwingungssignal kann an ein Gate der Schalteinrichtung Q3 gekoppelt werden.
  • Vorteilhafterweise kann ein Eingang an dem STO-Eingangsanschluss verwendet werden, um dem Oszillator U3 Leistung zuzuführen. Wie in 4 gezeigt, können das STO1 und das STO2 der primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung 409 durch Dioden D3 beziehungsweise D4 zugeführt werden. Die Dioden D3 und D4 werden verwendet, um die beiden Pfade zu entkoppeln. Für den Oszillator U3 kann eine Leistungsversorgungsschaltung bestehend aus einem Widerstand R5 und einer Zener-Diode D5 angeordnet werden. Die Leistungsversorgungsschaltung ist zwischen einem Verbindungspunkt der Dioden D3 und D4 und einer STO-Signalmasse SGND verbunden. Wenn der Eingang an einem von STO1 und STO2 auf einem hohem Pegel ist, beispielsweise + 24 V (bezogen auf die STO-Signalmasse SGND) (ein „ungültiges“ STO-Signal, d.h. das anzeigt, dass der Motor richtig arbeitet), ist der Verbindungspunkt der Dioden D3 und D4 auf einem hohen Pegel (im Wesentlichen das gleiche wie die Spannung des ungültigen STO-Signals, wenn man den Diodenspannungsabfall nicht berücksichtig) und somit kann dem Oszillator U3 Leistung zugeführt werden; und wenn die Eingänge an dem STO1 und dem STO2 jeweils auf einem nicht hohen Pegel sind (beispielsweise bei OV oder geöffnet (ein „gültiges“ STO-Signal, d.h., dass der Motor den Betrieb einstellt), gibt es keine Leistung, die dem Oszillator U3 zugeführt wird und somit stoppt der Oszillator U3 das Oszillieren.
  • Das Tastverhältnis des Schwingungssignals des Oszillators U3 (oder das Tastverhältnis der Primärseite) kann in geeigneter Weise gewählt werden. Einerseits sollte das Tastverhältnis nicht zu hoch sein, was bedeutet, dass die Einschaltdauer der Primärseite sehr lang ist, was sich nachteilig auf die Lebensdauer des Optokopplers auswirkt. Andererseits sollte das Tastverhältnis nicht zu niedrig sein, was sich nachteilig auf einen stabilen Ausgang an einer Seite auswirkt, wo die Sekundärseite angeordnet ist (weil die Ladezeit für den unten beschriebenen Kondensator zu kurz ist). Deswegen kann das Tastverhältnis beispielsweise 50 % betragen.
  • Der erste sekundärseitige Filter 411-1 kann ein Tiefpassfilter sein. In diesem Beispiel ist ein RC-Tiefpassfilter gezeigt, der aus einem Widerstand R3 und einem Kondensator C1 gebildet ist, in dem ein Filterausgang über dem Kondensator C1 vorgesehen ist. Weiterhin kann ein Widerstand R1 über den Kondensator C1 verbunden sein, um einen Entladepfad für den Kondensator C1 bereitzustellen (der Widerstand R1 wirkt als eine Last auf den RC-Tiefpassfilter). Die Fachleute kennen verschiedene Tiefpassfilter, und die in 4 gezeigte Schaltung ist lediglich ein Beispiel.
  • Die Konfiguration des sekundärseitigen Filters 411-2 ist ähnlich zu der des ersten sekundärseitigen Filters 411-1, d. h. der zweite sekundärseitige Filter 411-2 ist ebenfalls ein RC-Tiefpassfilter, der aus einem Widerstand R4 und einem Kondensator C2 gebildet ist, und der Widerstand R2 kann über den Kondensator C2 als eine Last verbunden sein und die Einzelheiten werden hier nicht wiederholt.
  • Der Ausgang der sekundärseitigen Filter kann die Leistungsversorgungsschaltung steuern. In diesem Beispiel ist die Leistungsversorgungsschaltungen einfacher Leistungsübertragungsweg, d.h. eine Leistungsübertragungsleitung von der Leistungsquelle (17V in der Fig.) zu einem Motortreiber (in diesem Beispiel sind die Motortreiber in dem ersten Steuerzweig und dem zweiten Steuerzweig die Gatetreiber auf der hohen Seite 405H beziehungsweise die Gatetreiber 405L auf der niedrigen Seite). In dem Leistungsübertragungsweg ist eine Schalteinrichtung Q1, Q2 (beispielsweise ein PMOSFET) angeordnet, um das Ein/Aus der Leistungsübertragung zu steuern. In dem ersten Steuerzweig wird eine erste Leistung SVcc1, wenn die Schalteinrichtung Q1 eingeschaltet wird, von der Leistungsquelle zu dem Gatetreiber 405H auf der hohen Seite zugeführt. In ähnlicher Weise wird, in dem zweiten Steuerzweig, wenn die zweite Steuereinrichtung Q2 angeschaltet wird, eine zweite Leistung SVcc2 von der Leistungsquelle dem Gatetreiber 405L auf der niedrigen Seite zugeführt. Der Ausgang des Filters würde verwendet als eine Gate-Source-Spannung der Schalteinrichtung Q1/Q2, wodurch das Ein/Aus der Schalteinrichtung Q1/Q2 gesteuert wird und entsprechend gesteuert wird, ob die Leistung SVcc1 und die zweite Leistung SVcc2 zugeführt wird oder nicht.
  • Im ersten Steuerzweig gibt der Gatereiber 405H der hohen Seite ein Gatetreiber-Signal für die IGBTs auf der hohen Seite entsprechend einem Antriebssteuersignal von der Motorsteuerung 407 aus, z.B. ein PWM-Signal basierend auf der ersten Leistung SVcc1. Ebenso gibt der Gatetreiber 405L der niedrigen Seite ein Gatetreiber-Signal für die IGBTs der niedrigen Seite entsprechend dem Antriebssteuersignal zur Motorsteuerung 407 aus, beispielsweise das PWM-Signal, basierend auf der zweiten Leistung SVcc2.
  • Im Normalbetrieb (z.B. + 24 V an STO1 und STO2) werden während der Zeit, wenn die Schalteinrichtung Q3 eingeschaltet ist, die primärseitigen LEDs des ersten Optokopplers U1 und des zweiten Optokopplers U2 jeweils eingeschaltet und dementsprechend sind ihre jeweiligen sekundärseitigen Trioden jeweils eingeschaltet. In dem ersten / zweiten Steuerzweig gibt es einen elektrischen Pfad, der aus dem Kondensator C1/C2 und dem Widerstand R3/R4 gebildet ist, wodurch der Kondensator C1/C2 geladen wird. Hier kann der Widerstandswert des Widerstands R3/R4 relativ klein eingestellt werden, so dass der Ladeprozess des Kondensators C1/C2 relativ schnell ist und somit die Spannung über dem Kondensator C1/C2 schnell ansteigen kann, um höher als eine Schwellenspannung der Schalteinrichtung Q1/Q2 zu sein. Die Schalteinrichtung Q1/Q2 kann dann eingeschaltet werden und liefert dann die erste Leistung SVcc1 / zweite Leistung SVcc2 an die Gatetreiber 405H der hohen Seite / Gatetreiber 405L der niedrigen Seite. Daher können die Gatetreiber 405H der hohen Seite / Gatetreiber 405L der niedrigen Seite die IGBTs der hohen Seite / IGBTs der niedrigen Seite steuern, um eingeschaltet oder ausgeschaltet zu werden, entsprechend dem Antriebssteuersignal der Motorantriebssteuerung 407.
  • Zusätzlich werden im Normalbetrieb (z.B. + 24 V am STO1 und STO2) während der Zeit, wenn die Schalteinrichtung Q3 ausgeschaltet ist, die primärseitigen LED des ersten Fotokopplers U1 und des zweiten Fotokopplers U2 jeweils ausgeschaltet und dementsprechend sind ihre jeweiligen sekundärseitigen Trioden jeweils ausgeschaltet. Im ersten/zweiten Steuerzweig kann der Kondensator C1/C2 durch den Widerstand R1/R2 entladen werden. Hier kann der Widerstandswert des Widerstands R1/R2 relativ groß eingestellt werden, so dass der Entladevorgang des Kondensators C1/C2 relativ langsam ist. Beispielsweise wird die Spannung über den Kondensator C1/C2 nicht unter die Schwellwertspannung der Schalteinrichtung Q1/Q2 fallen, bis die sekundärseitige Triode des ersten/zweiten Fotokopplers U1/U2 das nächste Mal eingeschaltet wird und somit der Kondensator C1/C2 geladen werden kann. Als ein Ergebnis kann die Schalteinrichtung Q1/Q2 immer noch eingeschaltet bleiben und liefert die erste Leistung SVcc1 / die zweite Leistung SVcc2, wodurch der Motor ordnungsgemäß betrieben wird. Nach einer Ausführungsform der Offenbarung kann der Widerstandswert des Widerstands R1/R2 und R3/R4 so eingestellt werden, dass der Widerstandswert des Widerstands R1/R2 verglichen zu dem des Widerstands R3/R4 ausreichend groß ist, so dass der Ladevorgang des Kondensators C1/C2 wesentlich schneller ist als der Entladevorgang und somit eine relativ hohe Spannung (höher als die Schwellwertspannung der Schalteinrichtung Q1/Q2) über den Kondensator C1/C2 aufrechterhalten werden kann. Beispielsweise kann, wenn der Oszillator ein Tastverhältnis von ungefähr 50 % hat, der Widerstandswert des Widerstandes R1 größer sein als das Doppelte des Widerstandswerts des Widerstands R3 und der Widerstandswert des Widerstands R2 kann größer sein als das Doppelte des Widerstandswert des Widerstands R4.
  • Allgemeiner kann die Grenzfrequenz des Filters 411-41 / 411-2 (1/(2πR3C1) oder 1/(2πR4C2)) so eingestellt werden, sie niedriger ist als die Ein/Aus-Frequenz f der Primärseite. In einem Beispiel kann die Kapazität C1/C2 des Kondensators C1/C2 1 µF, der Widerstandswert R1/R2 des Widerstands R1/R2, 2,2 kΩ, der Widerstandswert R3/R4 des Widerstands R3/R4 330 Ω und die Ein/Aus-Frequenz f 2 kHz betragen. Somit kann der Tiefpassfilter die Hochfrequenzeigenschaften des Schwingungssignals herausfiltern und somit kann der Ausgang des Filters eine im Wesentlichen stabile Spannung sein.
  • Wenn eine STO-Funktion ausgelöst wird, z. B. wenn das Eingangssignal bei zumindest einem von STO1 und STO2 bei 0V (bezogen auf die STO-Signalmasse SGND) oder geöffnet ist, stoppt ein Optokoppler eines Steuerzweiges von erstem Steuerzweig und zweitem Steuerzweig, in dem ein gültiges STO empfangen wird, den Betrieb und ein jeweiliger Kondensator C1 und/oder C2 kann entladen werden (da der Optokoppler den Betrieb einstellt, wird er nicht länger geladen und somit wird der Kondensator auf einen Nullspannung entladen). Dann kann die Zufuhr von zumindest einer ersten Leistung SVcc1 und zweiter Leistung SVcc2 gestoppt werden und dementsprechend kann zumindest einer der Gatetreiber 405H der hohen Seite und Gatetreiber 405L der niedrigen Seite den Betrieb einstellen. Daher kann das Drehmoment des Motors abgeschaltet werden.
  • Wie oben beschrieben kann auch eine Diagnoseschaltung kombiniert werden. Die Diagnoseschaltung 413 kann den Ausgang des ersten Optokopplers U1 (die Spannung am Punkt A in der Figur), den Ausgang des zweiten Optokopplers U2 (die Spannung am Punkt B in der Figur), die erste Leistung SVcc1 (die Spannung am Punkt C in der Figur) und die zweite Leistung SVcc2 (die Spannung am Punkt G in der Figur) überwachen. Anhand dieser überwachten Werte ist es möglich, den Zustand der STO-Schaltung zu diagnostizieren, insbesondere den der darin befindlichen Steuerzweige.
  • Wenn beispielsweise der Ausgang einer Sekundärseite des ersten Optokopplers U1 oder des zweiten Optokopplers U2 eine oszillierende Wellenform ist (was anzeigt, dass der Oszillator normal schwingt und der Optokoppler ordnungsgemäß arbeitet) und eine jeweilige erste Leistung SVcc1 oder zweite Leistung SVcc2 eine Spannung hat, die ausreicht, um die Motorantriebschaltung anzusteuern (was anzeigt, dass die Leistungsversorgungsschaltung Leistung zuführt), kann die Diagnoseschaltung 413 feststellen, dass sich ein entsprechender erster Steuerzweig oder zweiter Steuerzweig in einem normalen Betriebszustand befinden.
  • Für ein anderes Beispiel, wenn der Ausgang der Sekundärseite des ersten Optokopplers U1 oder des zweiten Optokopplers U2 anzeigt, dass sich die Sekundärseite in einem Dauer-Aus-Zustand befindet (was anzeigt, dass sich die Primärseite in einem Aus-Zustand befinden kann), und die jeweilige erste Leistung SVcc1 oder zweite Leistung SVcc2 eine Spannung hat, die nicht ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern (was bedeutet, dass die Leistungsversorgungsschaltung keine Leistung liefert), kann die Diagnoseschaltung 413 feststellen, dass eine STO-Funktion in dem jeweiligen ersten Steuerzweig oder zweiten Steuerzweig aktiviert ist oder ein jeweiliger erster Optokoppler U1 oder zweiter Optokoppler U2 ausgefallen ist (beispielsweise der Fehler, dass die Primärseite und / oder die Sekundärseite des Optokopplers eingeschaltet werden kann).
  • Für ein weiteres Beispiel, wenn der Ausgang der Sekundärseite des ersten Optokopplers U1 oder des zweiten Optokopplers U2 anzeigt, dass sich die Sekundärseite in einem Dauer-Ein-Zustand befindet (was anzeigt, dass die Primärseite sich in dem Dauer-Ein-Zustand befinden kann) und die jeweilige erste Leistung SVcc1 oder zweite Leistung SVcc2 eine Spannung hat, die ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern (was anzeigt, dass die Leistungsversorgungsschaltung Leistung liefert) kann die Diagnoseschaltung 413 feststellen, dass der jeweilige erste Fotokoppler U1 oder der zweite Fotokoppler U2 ausgefallen ist (z.B. ein Hängenbleibfehler aufgetreten ist).
  • In diesem Fall, wenn erster Steuerzweig und zweiter Steuerzweig den Oszillator teilen, kann der Betriebszustand der STO-Schaltung ebenfalls diagnostiziert werden, ebenfalls basierend auf den jeweiligen Zuständen der beiden Steuerzweige.
  • Wenn beispielsweise ein Ausgang einer Sekundärseite eines Optokoppler (z.B. U1) auf einem von erstem Steuerzweig und zweitem Steuerzweig eine oszillierende Wellenform ist (was anzeigt, dass der Oszillator normal schwingt und der U1 korrekt arbeitet) und eine jeweilige Leistungszufuhr eine Spannung hat, die ausreichend ist, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern (d.h. die erste Leistung SVcc1 wird zugeführt) und ein Ausgang einer Sekundärseite eines Optokopplers (z.B. U2) in dem anderen von erstem Steuerzweig und zweitem Steuerzweig anzeigt, dass sich die Sekundärseite in einem Dauer-Aus-Zustand befindet und eine jeweilige Leistungsversorgung eine Spannung hat, die nicht ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, kann die Diagnoseschaltung 413 feststellen, dass eine STO-Funktion in dem anderen Steuerzweig aktiviert ist (z.B. das STO-Signal am STO2 ist gültig und somit wird die Primärseite des U2 abgeschaltet) oder ein jeweiliger Fotokoppler (z.B. der U2) ist ausgefallen (beispielsweise kann das normal oszillierende Schwingungssignal nicht auf die Sekundärseite übertragen werden).
  • Wenn in einem weiteren Beispiel ein Ausgang einer Sekundärseite von einem von erstem Optokoppler U1 und zweitem Optokoppler U2 (z.B. U1) eine oszillierende Wellenform ist (was anzeigt, dass der Oszillator normal oszilliert und der U1 korrekt arbeitet), ein Ausgang einer Sekundärseite des anderen (z.B. U2) anzeigt, dass sich die Sekundärseite in einem Dauer-Ein-Zustand befindet, und die erste Leistung und die zweite Leistung jeweils eine Spannung haben, die ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, kann die Diagnoseschaltung 413 feststellen, dass ein Optokoppler, bei dem die Sekundärseite sich in einem Dauer-Ein-Zustand befindet (beispielsweise U2), ausgefallen ist (beispielsweise ist ein Hängenbleibfehler aufgetreten ist).
  • Für ein noch weiteres Beispiel, wenn Ausgänge der Sekundärseiten des ersten Optokopplers U1 und des zweiten Optokopplers U2 anzeigen, dass sich die Sekundärseiten sowohl des ersten Optokopplers als auch des zweiten Optokopplers in einem Dauer-An-Zustand befinden und die erste Leistung und die zweite Leistung jeweils eine Spannung haben, die ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, kann die Diagnoseschaltung 413 feststellen, dass der gemeinsame Oszillator U3 ausgefallen ist (es ist natürlich auch möglich, dass ein Fehler, beispielsweise ein Hängenbleibefehler, gleichzeitig an beiden Optokopplern aufgetreten ist, aber die Wahrscheinlichkeit ist gering).
  • In dem obigen Fall entspricht der Leistungsversorgungszustand der Leistungsversorgungsschaltung dem Zustand der Sekundärseite des Optokopplers (d.h. es gibt Leistung, die zugeführt wird, wenn die Sekundärseite des Optokopplers eingeschaltet ist und es gibt keine Leistung, die zugeführt wird, wenn die Sekundärseite des Optokopplers ausgeschaltet ist). Es kann auch Fälle geben, in denen sie miteinander unvereinbar sind.
  • Wenn beispielsweise der Ausgang der Sekundärseite des ersten Fotokopplers U1 anzeigt, dass sich die Sekundärseite im Dauer-Aus-Zustand befindet, aber die erste Leistung SVcc1 eine Spannung hat, die ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, kann die Diagnoseschaltung 413 feststellen, dass die erste Schalteinrichtung Q1 ausgefallen ist, (beispielsweise ein Dauer-Ein beibehält).
  • Für ein weiteres Beispiel, wenn der Ausgang der Sekundärseite des zweiten Fotokopplers U2 anzeigt, dass die Sekundärseite sich in dem Dauer-Aus-Zustand befindet, aber die zweite Leistung SVcc2 eine Spannung hat, die ausreicht, um die Motorsteuerschaltung anzusteuern, kann die Diagnoseschaltung 413 feststellen, dass die zweite Schalteinrichtung Q2 ausgefallen ist, (beispielsweise ein Dauer-Ein beibehält).
  • Die Diagnoseschaltung 413 kann implementiert werden durch eine Logikkomponente, wie eine Mikroprozessoreinheit (MCU) oder eine komplexe programmierbare Logikeinrichtung (CPLD) und kann implementiert werden in der Art einer Nachschlagetabelle oder dergleichen. Natürlich kann sie auch durch diskrete Komponenten in der Weise von kombinierten logischen Schaltungen und dergleichen realisiert werden. Tabelle 1 unten zeigt schematisch einige Diagnose-Logik. Tabelle 1
    Signal Bestimmung
    A B C D Hohes Sicherheitsniveau
    OSC. OSC. H H OK, kein STO aufgetreten
    H H L L OK, sowohl STO1 als auch STO2 sind gültig
    H OSC. L H STO1 ist gültig oder der Optokoppler U1 ist ausgefallen
    OSC. H H L STO2 ist gültig oder der Optokoppler U2 ist ausgefallen
    L OSC. H H Der Optokoppler U1 ist ausgefallen
    OSC. L H H Der Optokoppler U1 ist ausgefallen
    L L H H Die Schwingungsschaltung ist ausgefallen, auf ein niedriges Sicherheitsniveau heruntergestuft
    A B C D Niedriges Sicherheitsniveau
    L L H H OK, kein STO aufgetreten
    H H L L OK, sowohl STO1 als auch STO2 sind gültig
    H L L H STO1 ist gültig
    L H H L STO2 ist gültig
    A B C D Hohes/niedriges Sicherheitsniveau
    H X H X Source und Drain der Schalteinrichtung Q1 sind kurzgeschlossen
    X H X H Source und Drain der Schalteinrichtung Q2 sind kurzgeschlossen
  • Bemerkungen: OSC. steht für oszillierendes Signal, H steht für ein Signal mit hohem Pegel, L steht für ein Signal mit niedrigem Pegel und x steht für ein beliebiges Signal
  • Verschiedene Betriebsweisen können in Abhängigkeit von dem diagnostizierten Betriebszustand durchgeführt werden. Wird z.B. ein STOgültig-Zustand oder ein Fehler, der den Motorbetrieb beeinträchtigt (z.B. ein Fehler des Optokopplers) erkannt, kann die Diagnoseschaltung ein Signal senden, dass das System anweist, den Betrieb einzustellen. Die Diagnoseschaltung 413 kann beispielsweise die Motorsteuerung 407 anweisen, die Ausgabe des Antriebssteuersignals einzustellen. Zusätzlich kann die Diagnoseschaltung, wenn ein Fehler erkannt ist, aber der Motor immer noch durch Umgehung des fehlerhaften Bauteils arbeiten kann, (beispielsweise ein Fehler der Oszillationsschaltung), ein Signal senden, das ein Herabstufen auf einen niedrigen Sicherheitspegel anweist (natürlich kann das System den Betrieb einstellen). Beispielsweise kann die Diagnoseschaltung 413 die Schalteinrichtung Q3 anweisen, in dem Dauer-An-Zustand zu sein. Bei dem niedrigen Sicherheitspegel kann die Diagnoseschaltung weniger Betriebszustände diagnostizieren, wie in der obigen Tabelle gezeigt.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können eine Schaltung mit hoher Sicherheitsspezifikation und eine Schaltung mit niedriger Sicherheitsspezifikation durch dieselbe Leiterplatte implementiert werden, beispielsweise einer gedruckten Leiterplatte (PCB), und somit durch die gleiche Fertigungslinie hergestellt werden. Für die Schaltung mit hoher Sicherheitsspezifikation kann z.B. die Herstellung in Übereinstimmung mit dem in 4 gezeigten Layout erfolgen. Demgegenüber kann sie für die Schaltung mit niedrigen Sicherheitsspezifikationen implementiert werden durch nicht Installieren, z.B. von einer oder mehreren der Komponenten, die in die Schweißdiagnose eingebunden sind, so wie den Oszillator U3, die Schalteinrichtung Q3 und die Diagnoseschaltung 413. Bei dem Pad, der ursprünglich für die Schalteinrichtung Q2 verwendet wurde, kann sie direkt kurzgeschlossen werden.
  • In der obigen Ausführungsform bildet die primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung eine Schaltungskonfiguration mit der Primärseite des Optokopplers, und die beiden Pfade teilen dieselbe primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.
  • 5 - 8 in zeigen schematisch ein Schaltungsdiagramm einer primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung nach verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • Wie in 5 gezeigt, verwendet eine primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung (U3, Q4; U3, Q3) nach dieser Ausführungsform immer noch eine Reihenschaltungskonfiguration, aber die beiden Pfade haben die jeweiligen Schalteinrichtungen Q3 beziehungsweise Q4. Zusätzlich teilen beide Pfade denselben Oszillator U3.
  • Wie in 6 gezeigt, verwendet eine primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung (U3, Q4; U3, Q3) nach dieser Ausführungsform eine Parallelschaltungskonfiguration. Insbesondere ist ein Bypass-Zweig in Reihe mit Primärseiten der Optokoppler U1 bzw. U2 geschaltet. Schalteinrichtungen Q3, Q4 (und Widerstände, die beispielsweise Strom begrenzen) sind in dem Bypass-Zweig aufgenommen, um periodisch den Bypass-Zweig ein- oder auszuschalten. Wenn der Bypass-Zweig eingeschaltet wird, kann die Primärseite des Optokopplers umgangen werden (d.h. Strom wird durch den Bypass-Zweig laufen, aber die Primärseite des Optokopplers umgehen). Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem der Widerstandswert des Bypass-Zweiges wesentlich kleiner als der der Sekundärseite des Optokopplers eingestellt wird. Ebenso teilen sich die beiden Pfade denselben Oszillator U3.
  • Wie in 7 dargestellt, verwendet in dieser Ausführungsform eine primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung (U3, Q4) in einem Zweig eine Parallelschaltungskonfiguration und eine primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung (U3, Q3) in dem anderen Zweig verwendet eine Reihenschaltungskonfiguration. Ebenso teilen sich die beiden Zweige denselben Oszillator.
  • Wie in 8 gezeigt, verwendet eine primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung nach der vorliegenden Ausführungsform eine Reihenschaltungskonfiguration, aber zwei Zweige haben jeweils primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltungen (U4, Q4; U3, Q3), und teilen nicht einen Oszillator oder eine Schalteinrichtung.
  • Nach einer Ausführungsform kann die Gestaltung der primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung irgendeine Kombination von unterschiedlichen Optionen sein, wie eine Reihenschaltungskonfiguration, eine Parallelschaltungskonfiguration, und ob ein Oszillator gemeinsam benutzt wird oder ob nicht eine Schalteinrichtung gemeinsam benutzt wird oder nicht oder dergleichen.
  • 9 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb der oben beschriebenen Steuerschaltung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Wie in 9 gezeigt, kann ein Steuerverfahren 900 nach der vorliegenden Ausführungsform die folgenden Schritte umfassen.
  • In Schritt 902 kann an einem ersten Steuersignaleingangsanschluss ein erstes Aus-Funktionssteuersignal bereitgestellt werden. Beispielsweise ist das erste Aus-Funktionssteuersignal ein STO-Signal.
  • In Schritt 904 kann eine Verbindung einer Primärseite eines ersten Optokopplers mit dem ersten Steuersignaleingangsanschluss durch die erste primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung periodisch ein- und ausgeschaltet werden.
  • In Schritt 906 kann eine erste Leistung, die einer Motorantriebsschaltung zugeführt wird, auf der Basis eines gefilterten Ausgangs einer Sekundärseite des ersten Optokopplers, der an einer ersten sekundärseitigen Filterschaltung bereitgestellt wird, gesteuert werden. Wie oben beschrieben, kann der gefilterte Ausgang eine Schalteinrichtung steuern, die in einem Leistungsübertragungsweg aufgenommen ist, der Leistung der Motorantriebsschaltung zuführt.
  • Mit dem obigen Schritt kann eine Aus-Steuerung des Motors, z.B. STO-Steuerung realisiert werden.
  • Zusätzlich kann in einem Schritt 908 eine Zustandsdiagnose durchgeführt werden. Wie oben beschrieben, kann ein Betriebszustand der Steuerschaltung anhand des Ausgangs der Sekundärseite des ersten Optokopplers und der ersten Leistung, die der Motorantriebsschaltung zugeführt wird, diagnostiziert werden.
  • Ein zweiter Steuerzweig kann ähnlich arbeiten.
  • Die Steuerschaltung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, insbesondere der Anwendung, in der STO erforderlich ist, z.B. in einem elektronischen Gerät, wie einem Frequenzumrichter.
  • Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das oben unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm beschriebene Verfahren als ein Computer Software Programm implementiert werden. Beispielsweise weist eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Computerprogrammprodukt auf, das ein Computerprogramm aufweist, das auf einem computerlesbaren Medium verkörpert ist. Das Computerprogramm weist einen Programmcode zum Ausführen des in dem Flussdiagramm beschriebenen Verfahrens auf. In einer derartigen Ausführungsform kann das Computerprogramm von dem Netz heruntergeladen und installiert werden und/oder von einem Wechseldatenträger installiert werden. Das Computerprogramm führt, wenn es durch einen Prozessor ausgeführt wird, die oben beschriebenen Funktionen aus, die in dem System der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung definiert sind. Die Systeme, Einrichtungen, Vorrichtungen, Module, Einheiten und dergleichen, die oben beschrieben worden sind, können nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durch ein Computerprogramm implementiert werden.
  • Es sollte beachtet werden, dass das in der vorliegenden Offenbarung erläuterte computerlesbare Medium ein computerlesbares Signalmedium oder ein computerlesbares Speichermedium oder eine beliebige Kombination davon sein kann. Das computerlesbare Speichermedium kann beispielsweise, aber nicht darauf begrenzt, ein elektrisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, infrarot oder eine beliebige Kombination des Vorgenannten sein. Spezifischere Beispiele für computerlesbare Speichermedien können u.a. eine elektrische Verbindung mit einem oder mehreren Leitungen, eine tragbare Computerplatte, eine Festplatte, ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM oder Flash-Speicher), eine optische Faser, ein tragbarer Compact Disc Nur-Lese-Speicher (CD-ROM), eine optische Speichereinrichtung, eine magnetische Speichereinrichtung oder irgendeine geeignete Kombination der Vorgenannten sein. In der vorliegenden Offenbarung kann ein computerlesbares Speichermedium jedes greifbare Medium sein, das ein Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem befehlsausführenden System, -vorrichtung, oder -einrichtung enthält oder speichert und in der vorliegenden Offenbarung kann ein computerlesbares Signalmedium ein fortschreitendes Datensignal mit computerlesbarem Programmcode, das darin aufgenommen ist, aufweisen, beispielsweise in einem Basisband oder als Teil einer Trägerwelle. Ein derartiges Fortschreiten des Datensignals kann verschiedene Formen annehmen, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, ein elektromagnetisches Signal, ein optisches Signal oder irgendeine geeignete Kombination des Vorgenannten. Das computerlesbare Signalmedium kann auch irgendein computerlesbares Medium sein, kein computerlesbares Speichermedium ist und das ein Programm durch oder in Verbindung mit einem befehlsausführenden System, Vorrichtung oder Gerät kommunizieren, verbreiten oder transportieren kann. Programmcode, der auf einem computerlesbaren Medium verkörpert ist, kann mit jedem geeigneten Medium übertragen werden, einschließlich, aber nicht darauf begrenzt, leitungslos, Kabel, optisches Kabel, Hochfrequenz usw. oder jede geeignete Kombination der Vorgenannten.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind oben beschrieben worden. Diese Beispiele dienen jedoch nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der Offenbarung nicht beschränken. Obwohl verschiedene Ausführungsformen oben beschrieben worden sind, bedeutet dies nicht, dass Maßnahmen in den verschiedenen Ausführungsformen nicht vorteilhafterweise im Zusammenhang eingesetzt werden können. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert. Zahlreiche Alternativen und Änderungen können von Fachleuten vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen und die Alternativen und Änderungen würden in den Bereich der vorliegenden Offenbarung fallen.

Claims (20)

  1. Steuerschaltung, die einen ersten Steuerzweig aufweist, wobei der erste Steuerzweig aufweist: einen ersten Steuersignaleingangsanschluss, der ausgebildet ist, um ein erstes Aus-Funktionssteuersignal zu empfangen; einen ersten Optokoppler, der eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist, wobei die Primärseite mit dem ersten Steuersignaleingangsanschluss verbunden ist und ein Ausgang der Sekundärseite ausgebildet ist, um eine erste Leistung zu steuern, die einer Motorantriebsschaltung zugeführt wird; eine erste primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung, die mit der Primärseite des ersten Optokopplers verbunden ist und ausgebildet ist, um periodisch die Verbindung der Primärseite mit dem ersten Steuersignaleingangsanschluss ein- und auszuschalten; und eine erste sekundärseitige Filterschaltung, die mit der Sekundärseite des ersten Optokopplers verbunden ist und ausgebildet ist, um den Ausgang der Sekundärseite zu filtern, wobei der erste sekundärseitige Filter als ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz ausgebildet ist, die niedriger ist als eine Ein/Aus-Frequenz der Primärseite, die durch die erste primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung gesteuert ist, wobei die Steuerschaltung weiterhin eine Diagnoseschaltung aufweist, die ausgebildet ist, um einen Betriebszustand der Steuerschaltung auf der Basis des Ausgangs der Sekundärseite des ersten Optokopplers und der ersten Leistung zu diagnostizieren.
  2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, die weiterhin einen zweiten Steuerzweig aufweist, wobei der zweite Steuerzweig aufweist: einen zweiten Steuersignaleingangsanschluss, der ausgebildet ist, um ein zweites Aus-Funktionssteuersignal zu empfangen; einen zweiten Optokoppler, der eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist, wobei die Primärseite mit dem zweiten Steuersignaleingangsanschluss verbunden ist und ein Ausgang der Sekundärseite ausgebildet ist, um eine zweite Leistung zu steuern, die der Motorantriebsschaltung zugeführt wird; eine zweite primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung, die mit der Primärseite des zweiten Optokopplers verbunden ist und ausgebildet ist, um periodisch die Verbindung der Primärseite zum zweiten Steuersignaleingangsanschluss ein- und auszuschalten; und eine zweite sekundärseitige Filterschaltung, die mit der Sekundärseite des zweiten Optokopplers verbunden ist und ausgebildet ist, den Ausgang der Sekundärseite zu filtern, wobei der zweite sekundärseitige Filter als Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz ausgebildet ist, die kleiner ist als eine Ein/Aus-Frequenz der Primärseite, die durch die zweite primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung gesteuert wird, wobei die Diagnoseschaltung weiterhin ausgebildet ist, den Betriebszustand der Steuerschaltung auf der Grundlage des Ausgangs der Sekundärseite des zweiten Optokopplers und der zweiten Leistung zu diagnostizieren.
  3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede von erster primärseitiger Ein/Aus-Steuerschaltung und zweiter primärseitiger Ein/Aus-Steuerschaltung eines der Folgenden hat: eine Reihenschaltungskonfiguration, die eine Schalteinrichtung aufweist, die in Reihe mit einer Primärseite eines jeweiligen Optokopplers geschaltet ist und ausgebildet ist, um periodisch an- und ausgeschaltet zu werden, um so periodisch die Verbindung der Primärseite des jeweiligen Optokopplers mit dem jeweiligen Steuersignaleingangsanschluss ein-/auszuschalten; oder eine Parallelschaltungskonfiguration, die einen Bypass-Zweig aufweist, der parallel zu einer Primärseite eines jeweiligen Optokopplers geschaltet ist, wobei der Bypass-Zweig eine Schalteinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, um periodisch ein- und ausgeschaltet zu werden, um so periodisch die Primärseite des jeweiligen Optokopplers zu umgehen.
  4. Steuerschaltung nach Anspruch 3, worin die erste primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung und die zweite primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung jeweils die Reihenschaltungskonfiguration haben und dieselbe Schalteinrichtung teilen oder unterschiedliche Schalteinrichtungen haben.
  5. Steuerschaltung nach Anspruch 3, worin eine der ersten primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung und der zweiten primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung eine Reihenschaltungskonfiguration hat und die andere die Parallelschaltungskonfiguration hat; oder sowohl die erste primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung und die zweite primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung die Parallelschaltungskonfiguration haben.
  6. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, worin die erste primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung und die zweite primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung jeweils einen Oszillator aufweisen, der ausgebildet ist, um ein oszillierendes Signal zum Steuern der jeweiligen Schalteinrichtung auszugeben.
  7. Steuerschaltung nach Anspruch 6, worin die Leistung, die den jeweiligen Oszillatoren der ersten primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung und der zweiten primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung zugeführt wird, auf einem Eingang an dem ersten Steuersignaleingangsanschluss bzw. einem Eingang an dem zweiten Steuersignaleingangsanschluss basiert.
  8. Steuerschaltung nach Anspruch 6, worin die erste primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung und die zweite primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung denselben Oszillator teilen.
  9. Steuerschaltung nach Anspruch 8, worin eine Leistung dem gemeinsamen Oszillator zugeführt wird, wenn ein Eingang an zumindest einem von erstem Steuersignaleingangsanschlusses und des zweitem Steuersignaleingangsanschlusses hoch ist.
  10. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, worin der erste Steuerzweig weiterhin einen ersten Leistungsübertragungsweg aufweist, der ausgebildet ist, um eine erste Leistung von einer Leistungsquelle an die Motorantriebsschaltung zu übertragen, wobei der erste Leistungsübertragungsweg eine erste Schalteinrichtung aufweist und der gefilterte Ausgang der Sekundärseite des ersten Optokopplers ausgebildet ist, das Ein/Aus der ersten Schalteinrichtung zu steuern, um so den ersten Leistungsübertragungsweg ein- oder auszuschalten, der zweite Steuerzweig weiterhin einen zweiten Leistungsübertragungsweg aufweist, der ausgebildet ist, um die zweite Leistung von der Leistungsquelle an die Motorantriebsschaltung zu übertragen, wobei der zweite Leistungsübertragungspfad eine zweite Schalteinrichtung aufweist und der gefilterte Ausgang der Sekundärseite des zweiten Optokopplers ausgebildet ist, um das Ein/Aus der zweiten Schalteinrichtung zu steuern, um so den zweiten Leistungsübertragungsweg an- oder abzuschalten.
  11. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, worin der Tiefpassfilter einen RC-Tiefpassfilter aufweist, der gebildet ist durch einen ersten Widerstand und einen Kondensator, um einen gefilterten Ausgang über den Kondensator bereitzustellen.
  12. Steuerschaltung nach Anspruch 11, die weiterhin einen zweiten Widerstand aufweist, der über den Kondensator verbunden ist, wobei verglichen mit einem Widerstandswert des ersten Widerstandes ein Widerstandswert des zweiten Widerstandes so groß ist, dass ein Ladeprozess des Kondensators schneller ist als ein Entladeprozess davon.
  13. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, worin die Diagnoseschaltung, wenn sie feststellt, dass zumindest eine der ersten primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung und der zweiten primärseitigen Ein/Aus-Steuerschaltung ausgefallen ist, ausgebildet ist, um die Steuerschaltung anzuweisen, herabzustufen, um bei einem niedrigen Sicherheitspegel zu arbeiten oder die Motorsteuerung anzuweisen, die Ausgabe des Antriebssteuersignals für die Motorantriebssteuerung zu stoppen.
  14. Steuerschaltung nach Anspruch 1, worin wenn der Ausgang der Sekundärseite des ersten Optokopplers eine oszillierende Wellenform ist und die erste Leistung eine Spannung hat, die ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, die Diagnoseschaltung feststellt, dass der erste Steuerzweig in einem normalen Betriebszustand ist; wenn der Ausgang der Sekundärseite des ersten Optokopplers anzeigt, dass sich die Sekundärseite in einem Dauer-Aus-Zustand befindet und die erste Leistung eine Spannung hat, die nicht ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, die Diagnoseschaltung feststellt, dass eine Aus-Funktion in den Steuerzweig aktiviert ist oder der Optokoppler ausgefallen ist; wenn der Ausgang der Sekundärseiten des ersten Optokopplers anzeigt, dass sich die Sekundärseite in einem Dauer-An-Zustand befindet und die erste Leistung eine Spannung hat, die ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, die Diagnoseschaltung feststellt, dass der erste Optokoppler ausgefallen ist.
  15. Steuerschaltung nach Anspruch 8, worin wenn ein Ausgang einer Sekundärseite eines Optokopplers in einem von erstem Steuerzweig und zweitem Steuerzweig eine oszillierende Wellenform ist und eine jeweilige Leistung eine Spannung hat, die ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, und ein Ausgang einer Sekundärseite eines Optokopplers des anderen von erstem Steuerzweig und zweitem Steuerzweig anzeigt, dass die Sekundärseite sich in einem Dauer-Aus-Zustand befindet und eine jeweilige Leistung eine Spannung hat, die nicht ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, die Diagnoseschaltung feststellt, dass eine Aus-Funktion in dem anderen Steuerzweig aktiviert ist oder ein jeweiliger Optokoppler ausgefallen ist; wenn ein Ausgang einer Sekundärseite von einem der ersten Optokoppler und zweiten Optokoppler die oszillierende Wellenform ist, ein Ausgang einer Sekundärseite des anderen von erstem Optokoppler und zweitem Optokoppler anzeigt, dass die Sekundärseite sich in einem Dauer-An-Zustand befindet und die erste Leistung und die zweite Leistung Spannungen haben, die ausreichen, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, die Diagnoseschaltung feststellt, dass der Optokoppler, dessen Sekundärseite sich in einem Dauer-An-Zustand befindet, ausgefallen ist; wenn Ausgänge der Sekundärseiten von erstem Optokoppler und zweitem Optokoppler anzeigen, dass die Sekundärseiten von erstem Optokoppler und zweitem Optokoppler sich beide in dem Dauer-An-Zustand befinden und die erste Leistung und die zweite Leistung Spannungen haben, die ausreichen, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, die Diagnoseschaltung feststellt, dass der gemeinsame Oszillator ausgefallen ist.
  16. Steuerschaltung nach Anspruch 10, worin wenn der Ausgang der Sekundärseite des ersten Optokopplers anzeigt, dass die Sekundärseite sich in einem Dauer-Aus-Zustand befindet, aber die erste Leistung eine Spannung hat, die ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, die Diagnoseschaltung feststellt, dass die erste Schalteinrichtung ausgefallen ist; und/oder wenn der Ausgang der Sekundärseite des zweiten Optokopplers anzeigt, dass die Sekundärseite sich in einem Dauer-Aus-Zustand befindet, aber die zweite Leistung eine Spannung hat, die ausreicht, um die Motorantriebsschaltung anzusteuern, die Diagnoseschaltung feststellt, dass die zweite Schalteinrichtung ausgefallen ist.
  17. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, worin das erste Aus-Funktionssteuersignal ein erstes Safety-Torque-Off Signal ist und anzeigt, die erste Leistung, die der Motorantriebsschaltung zugeführt wird, abzuschalten, wenn es nicht auf einem hohen Pegel ist, das zweite Aus-Funktionssteuersignal ein zweites Safety-Torque-Off Signal ist und anzeigt, die zweite Leistung, die der Motorantriebsschaltung zugeführt wird, abzuschalten, wenn es nicht auf einem hohen Pegel ist.
  18. Verfahren zum Betreiben einer Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, das aufweist: Bereitstellen eines ersten Aus-Funktions-Steuersignal an einem ersten Steuersignaleingangsanschluss; periodisches An- und Abschalten einer Verbindung einer Primärseite eines ersten Optokopplers mit dem ersten Steuersignaleingangsanschluss über eine erste primärseitige Ein/Aus-Steuerschaltung Steuern einer ersten Leistung, die einer Motorantriebsschaltung zugeführt wird, basierend auf einem gefilterten Ausgang einer Sekundärseite des ersten Optokopplers, der an einer ersten sekundärseitigen Filterschaltung bereitgestellt wird; und Diagnostizieren eines Betriebszustands der Steuerschaltung basierend auf dem Ausgang der Sekundärseite des ersten Optokopplers und der ersten Leistung, die der Motorantriebsschaltung zugeführt wird.
  19. Elektronische Einrichtung, die eine Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 aufweist.
  20. Speichermedium mit darauf gespeicherten ausführbaren Anweisungen, die, wenn sie durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden, bewirken, dass der ein oder die mehreren Prozessoren ein Verfahren nach Anspruch 18 ausführen.
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