DE102020132666B3

DE102020132666B3 - Vorrichtung und Verfahren zur sicherheitsrelevanten Erfassung des Spannungsabfalls über ein Leuchtmittel in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020132666B3
Application number: DE102020132666.1A
Authority: DE
Inventors: Zhenhua Jiang; Ralf Hauschild; Silja Ehrich
Original assignee: Elmos Semiconductor SE
Current assignee: Elmos Semiconductor SE
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2040-12-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Ermitteln des Spannungsabfalls (VLED) über ein Leuchtmittel in einem Fahrzeug. Das Leuchtmittel wird über eine Leuchtmittelstromquelle (ISLED) mit elektrischer Energie aus einer Betriebsspannungsleitung (VA) versorgt. Ein erster Anschluss des Leuchtmittels ist mit der Betriebsspannungsleitung (VA) verbunden. Der Leuchtmittelausgang (VB) des Leuchtmittels ist über die Leuchtmittelstromquelle (ISLED) mit einer Bezugsspannungsleitung (GND) verbunden. Das Verfahren umfasst zum Ersten das Reduzieren der Spannung zwischen der Betriebsspannungsleitung (VA) und einer Bezugspotenzialleitung um einen ersten Faktor α1zu einem ersten reduzierten Spannungsanteil (VKA) und das Reduzieren der Spannung zwischen dem Leuchtmittelausgang (VB) und der Bezugspotenzialleitung um einen zweiten Faktor α2zu einer zweiten reduzierten Spannungsanteil (VKB). Im Normalbetrieb ist der erste Faktor α1im Wesentlichen betragsgleich dem zweiten Faktor a2. Zum Zweiten erfolgt ein Vergleich einer Summe aus dem zweiten reduzierten Spannungsanteil (VKB) und eines Rückkoppelspanungsanteils einerseits mit dem ersten reduzierten Spannungsanteil (VKA) andererseits und Bildung des Rückkoppelspannungsanteils in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleiches in der Art, dass der Spannungswert der besagten Summe aus dem zweiten reduzierten Spannungsanteil (VKB) und dem Rückkoppelspanungsanteil gleich dem Spannungswert des ersten reduzierten Spannungsanteils (VKA) ist. Das Verfahren endet mit der Bildung einer Ausgangsspannung (Vout) oder eines anderen geeigneten Ausgangssignals in Abhängigkeit von dem Wert des Rückkoppelspannungsanteils, wobei der Wert der Ausgangsspannung (Vout) bzw. des anderen geeigneten Ausgangssignals ein Maß für den Spannungsabfall (VLED) über das Leuchtmittel darstellt.

Description

Feld der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung des Spannungsabfalls über ein Leuchtmittel, insbesondere eine oder mehrere Leuchtdioden, in einem Fahrzeug.
Allgemeine Einleitung
In Automobilen werden heute praktisch flächendeckend nur noch Leuchtdioden für Beleuchtungs- und Signalisierungszwecke eingesetzt. In vielen Anwendungen, wie beispielsweise, aber nicht nur Blinkern, Bremsleuchten, Rückleuchten etc. ist die Leuchtmittelfunktion der Leuchtdioden sicherheitskritisch. Ein wichtiger Parameter für die Überwachung der Leuchtdioden auf korrekte Funktion ist der Spannungsabfall des elektrischen Potenzials über die Leuchtdiode oder den Leuchtdiodenstrang oder die Verschaltung mehrerer Leuchtdioden. Ein Leuchtdiodenstrang umfasst dabei bevorzugt mehrere in Serie geschaltete Leuchtdioden. Auch ist die Erfassung des Spannungsabfalls über die Leuchtdiode oder den Leuchtdiodenstrang notwendig, um die Farbtemperatur der LED-Abstrahlung konstant halten zu können und Alterungserscheinungen der Leuchtdiode (LED) bzw. des Leuchtdiodenstranges kompensieren zu können. Hierfür soll das Potenzial der Batteriespannungsleitung erfasst und die Differenz zu dem Potenzial des Leuchtmittelausgangs (VB) ermittelt werden. Der Wert dieser Differenz soll als Spannungswert der Spannungsdifferenz zwischen dem elektrischen Ausgangspotenzial an einem Ausgang (Vout) und dem Bezugspotenzial einer Bezugspotenzialleitung (GND) ausgegeben werden.
Der elektrische Strom (ILED) durch die Leuchtdioden (LED) wird dabei durch eine Stromquelle (ISLED) begrenzt. Bei der Stromquelle (ISLED) handelt es sich typischerweise um eine Transistorstromquelle. Bevorzugt wird diese Stromquelle (ISLED) mittels eines N-Kanal-MOS-Transistors realisiert, dessen Source mit einer Bezugspotenzialleitung (GND) auf Bezugspotenzial verbunden ist und dessen Steuerelektrode (Gate) mit einer Referenzspannung, beispielsweise in einer Stromspiegelkonstruktion, verbunden ist. Das Problem entsteht nun dadurch, dass die Anode der Leuchtdiode (LED) bzw. des Leuchtdiodenstranges typischerweise mehr oder minder direkt mit der Batteriespannungsleitung (VA), die im Wesentlichen in etwa auf Batteriepotenzial liegt, verbunden ist. In Automobilen kann die Batteriespannung (Vbat) zwischen dem Potenzial der Batteriespannungsleitung (VA) und dem Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) typischerweise zwischen 24V und 4V schwanken. Sollen alle Komponenten des Schaltkreises in einer mikrointegrierten Schaltung untergebracht werden, so müssen Komponenten der Schaltung somit sowohl auf einem Potenzial von 24V gegenüber dem Bezugspotenzial liegen können und andere Komponenten der Schaltung müssen gleichzeitig auf dem Potenzial der Bezugspotenzialleitung liegen können.
Für die Erfassung des Anodenpotenzials der Leuchtdiode (LED) bzw. des Leuchtdiodenstranges und des Kathodenpotenzials der Leuchtdiode (LED) bzw. des Leuchtdiodenstranges müssen diese Eingänge der Überwachungsschaltung 24V fest sein.
Die Überwachungsschaltung erfasst den Spannungsabfall über die Leuchtdiode (LED) bzw. den Leuchtdiodenstrang und gibt den Wert dieser Spannungsdifferenz als Potenzialwert einer Ausgangsspannung (Vout) gegen das Bezugspotenzial aus.
Schaltungen aus dem Stand der Technik umfassen in der Regel vier elektronische Bauelemente, die bis 24V spannungsfest sind. Die Spannungsfestigkeitsanforderung für diese Bauelemente, bei denen es sich typischerweise um Transistoren handelt, vergrößern den Chip-Flächenbedarf dieser Bauteile und verteuern damit das Produkt.
Die hier vorgelegte Schrift verweist in diesem Zusammenhang insbesondere auf folgende Schriften:

Aus dem Datenblatt „BURR-BROWN Products from TEXAS INSTRUMENTS INC.: INA117, High Common- Mode Voltage DIFFERENCE AMPLIFIER. USA, 2000. - Firmenschrift.
https://www.ti.com/lit/gpn/ina1 17 ist ein (Zitat) „High-Common-Mode Voltage Difference Amplifier“ (Englisch für Gleichtakt-Hochspannungsdifferenz-Verstärker) bekannt.
Hierbei bezieht sich der Begriff „Hochspannung“ auf eine mögliche Übersteuerungsfestigkeit bzw. Durchbruchsfestigkeit des Verstärkers.

Aus der DE 10 2006 033 233 A1 sind ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Leuchtdiode bekannt. Aus der DE 10 2010 002 081 A1 ist eine Betriebsschaltung für eine Leuchtdiodenstrecke mit einer Leuchtdiode bekannt.
Aufgabe
Dem Vorschlag liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die die obigen Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist und weitere Vorteile aufweist. Es soll ein Schaltkreis vorgeschlagen werden, der eine Erfassung des Spannungsabfalls über die Leuchtdiode (LED) oder den Leuchtdiodenstrang im Bereich der erhöhten Spannung (typ. 24V) ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch 3 gelöst.
Lösung der Aufgabe
Die Lösung der Aufgabe wird mit Hilfe der Figur erläutert.
Mittels eines ersten Spannungsteilers wird das Potenzial der Betriebsspannungsleitung (VA) auf das Potenzial einer ersten Spannungsteilerausgangsleitung (KA) reduziert.
Mittels eines zweiten Spannungsteilers wird das Potenzial des Leuchtmittelausgangs (VB) auf das Potenzial einer zweiten Spannungsteilerausgangsleitung (KB) reduziert.
Ein Differenzverstärker, der in dem Beispiel der 1 ein Transkonduktanzverstärker (OTA) ist, Erfasst die Spannungsdifferenz zwischen dem Potenzial der ersten Spannungsteilerausgangsleitung (KA) und dem Potenzial der zweiten Spannungsteilerausgangsleitung (KB).
Der durch den Transkonduktanzverstärker (OTA) erzeugte Ladestrom (Itr) lädt die parasitäre Kapazität eines ersten Differenzpaartransistors (MPE) um. Der erste Differenzpaartransistor (MPE) arbeitet dabei als Stromquelle, die einen zusätzlichen Kompensationsstrom (I) in den Knoten der zweiten Spannungsteilerausgangsleitung (KB) einspeist. Hierdurch wird der Spannungsabfall über den zweiten Widerstand (RB1) des zweiten Spannungsteilers erhöht. Bei geeigneter Dimensionierung regelt der Transkonduktanzverstärker (OTA) den Wert dieses zusätzlichen Kompensationsstromes (I) nun soweit aus, dass das Potenzial des Knotens der zweiten Spannungsteilerausgangsleitung (KB) in etwa gleich dem Potenzial des Knotens der ersten Spannungsteilerausgangsleitung (KA) ist. Ein zweiter Differenzpaartransistor (MPF) arbeitet ebenfalls als Stromquelle. Sein Source-Anschluss ist mit einer weiteren positiven Versorgungsspannungsleitung (V5) verbunden. Die Spannung zwischen dem Potenzial der weiteren positiven Versorgungsspannungsleitung und dem Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) ist dabei typischerweise betragsmäßig kleiner als der Betrag der Spannungsdifferenz zwischen dem Wert des Potenzials der Batteriespannungsleitung (VA) und dem Wert des Bezugspotenzials der Bezugspotenzialleitung (GND).
Der zweite Differenzpaartransistor (MPF) ist bevorzugt gleichorientiert wie der erste Differenzpaartransistor (MPE) ausgeführt. Bevorzugt matchen der erste Differenzpaartransistor (MPE) und der zweite Differenzpaartransistor (MPF). Dadurch arbeitet der zweite Differenzpaartransistor (MPF) als Stromquelle und speist einen Strom in einen Ausgangswiderstand (RCI) ein, der typischerweise direkt proportional zum Kompensationsstrom (I) ist.
Dieser Kompensationsstrom (I) ist aber proportional zum Spannungsabfall über die Leuchtdiode (LED) oder den Leuchtdiodenstrang. Damit ist die Ausgangsspannung (Vout) proportional zum Spannungsabfall über die Leuchtdiode (LED) bzw. den Leuchtdiodenstrang.
In dem Beispiel der 1 umfasst der erste Spannungsteiler einen ersten Widerstand (RAO) des ersten Spannungsteilers und einen zweiten Widerstand (RA1) des ersten Spannungsteilers.
In dem Beispiel der 1 umfasst der zweite Spannungsteiler einen ersten Widerstand (RBO) des zweiten Spannungsteilers und einen zweiten Widerstand (RB1) des zweiten Spannungsteilers.
Der erste Anschluss des ersten Widerstands (RAO) des ersten Spannungsteilers ist mit der Batteriespannungsleitung (VA) verbunden, die auch mit dem Anodenkontakt der Leuchtdiode (LED) bzw. des Leuchtdiodenstranges verbunden ist.
Der erste Anschluss des ersten Widerstands (RBO) des zweiten Spannungsteilers ist mit dem Leuchtmittelausgang (VB) verbunden, die auch mit dem Kathodenkontakt der Leuchtdiode (LED) bzw. des Leuchtdiodenstranges und mit dem ersten Anschluss der Leuchtmitelstromquelle (ISLED) verbunden ist. Der zweite Anschluss der Leuchtmittelstromquelle (ISLED) ist bevorzugt mit einem Bezugspotenzial verbunden.
Der zweite Anschluss des ersten Widerstands (RAO) des ersten Spannungsteilers ist direkt oder indirekt mit der ersten Spannungsteilerausgangsleitung (KA) verbunden, die auch mit dem positiven Eingang (+) des Transkonduktanzverstärkers (OTA) und mit dem ersten Anschluss des zweiten Widerstands (RA1) des ersten Spannungsteilers verbunden ist.
Der zweite Anschluss des ersten Widerstands (RBO) des zweiten Spannungsteilers ist direkt oder indirekt mit der zweiten Spannungsteilerausgangsleitung (KB) verbunden, die auch mit dem negativen Eingang (-) des Transkonduktanzverstärkers (OTA) und mit dem ersten Anschluss des zweiten Widerstands (RB1) des zweiten Spannungsteilers verbunden ist und in die der erste Differenzpaartransistor (MPE) den zusätzlichen Kompensationsstrom (I) einspeist.
Der erste Anschluss des zweiten Widerstands (RA1) des ersten Spannungsteilers ist mit der ersten Spannungsteilerausgangsleitung (KA) verbunden.
Der erste Anschluss des zweiten Widerstands (RB1) des zweiten Spannungsteilers ist mit der zweiten Spannungsteilerausgangsleitung (KB) verbunden.
Der zweite Anschluss des zweiten Widerstands (RA1) des ersten Spannungsteilers ist mit der Bezugspotenzialleitung (GND) verbunden.
Der zweite Anschluss des zweiten Widerstands (RB1) des zweiten Spannungsteilers ist mit der Bezugspotenzialleitung (GND) verbunden.
In dem Beispiel der 1 ist in den ersten Spannungsteiler aus erstem Widerstand (RAO) des ersten Spannungsteilers und zweitem Widerstand (RA1) des ersten Spannungsteilers ein erster Schalttransistor (MNA) eingefügt, der, wenn er mittels des ersten Enable-Signals (ENA) abgeschaltet wird, dafür sorgt, dass das Potenzial der ersten Spannungsteilerausgangsleitung (KA) durch den zweiten Widerstand (RA1) des ersten Spannungsteilers gegen das Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) gezogen wird.
In dem Beispiel der 1 ist in den zweiten Spannungsteiler aus erstem Widerstand (RBO) des zweiten Spannungsteilers und zweitem Widerstand (RB1) des zweiten Spannungsteilers ein zweiter Schalttransistor (MNB) eingefügt, der, wenn er mittels des zweiten Enable-Signals (ENB) abgeschaltet wird, dafür sorgt, dass das Potenzial der zweiten Spannungsteilerausgangsleitung (KB) durch den zweiten Widerstand (RB1) des zweiten Spannungsteilers gegen das Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) gezogen wird.
Mittels des ersten Enable-Signals (ENA) und des zweiten Enable-Signals (ENB) kann die Funktion der Schaltung überprüft werden.
Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Erfassung des Spannungsabfalls über ein Leuchtmittel, insbesondere eine oder mehrere Leuchtdioden, in einem Fahrzeug umfasst somit bevorzugt zumindest eine Betriebsspannungsleitung (VA), eine Bezugspotenzialleitung (GND), einen Leuchtmittelausgang (VB), eine erste Spannungsteilerausgangsleitung (KA), eine zweite Spannungsteilerausgangsleitung (KB), einen Referenzknoten (Kref), ein Leuchtmittel, insbesondere umfassend eine oder mehrere Leuchtdioden (LED), eine Leuchtmittelstromquelle (ISLED), einen ersten Spannungsteiler, einen zweiten Spannungsteiler, einen ersten Differenzpaartransistor (MPE), einen zweiten Differenzpaartransistor (MPF), eine weitere positive Versorgungsspannungsleitung (V5) und einen Ausgangswiderstand (RCI). Das Leuchtmittel umfasst einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss. Die Leuchtmittelstromquelle (ISLED) weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf. Der erste Spannungsteiler umfasst einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss und einen Ausgang. Der zweite Spannungsteiler weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss und einen Ausgang auf. Der erste Differenzpaartransistor (MPE) besitzt bevorzugt einen Drain-Anschluss und einen Source-Anschluss und einen Steuerkontakt. Der zweite Differenzpaartransistor (MPF) besitzt bevorzugt einen Drain-Anschluss und einen Source-Anschluss und einen Steuerkontakt. Der Ausgangswiderstand (RCI) weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf. Der erste Anschluss des Leuchtmittels ist mit der Betriebsspannungsleitung (VA) verbunden. Der zweite Anschluss des Leuchtmittels ist mit dem Leuchtmittelausgang (VB) verbunden. Der erste Anschluss der Leuchtmittelstromquelle (ISLED) ist mit dem Leuchtmittelausgang (VB) verbunden. Der zweite Anschluss der Leuchtmittelstromquelle (ISLED) ist mit der Bezugspotenzialleitung (GND) verbunden. Der erste Anschluss des ersten Spannungsteilers ist mit der Betriebsspannungsleitung (VA) verbunden. Der zweite Anschluss des ersten Spannungsteilers ist mit der Bezugspotenzialleitung (GND) verbunden. Der Ausgang des ersten Spannungsteilers ist mit der ersten Spannungsteilerausgangsleitung (KA) verbunden. Der erste Anschluss des zweiten Spannungsteilers ist mit dem Leuchtmittelausgang (VB) verbunden. Der zweite Anschluss des zweiten Spannungsteilers ist mit der Bezugspotenzialleitung (GND) verbunden. Der Ausgang des zweiten Spannungsteilers ist mit der zweiten Spannungsteilerausgangsleitung (KB) verbunden. Der positive Eingang (+) des Transkonduktanzverstärkers (OTA) ist mit der ersten Spannungsteilerausgangsleitung (KA) verbunden. Der negative Eingang (-) des Transkonduktanzverstärkers (OTA) ist mit der zweiten Spannungsteilerausgangsleitung (KB) verbunden. Ein Ausgang des Transkonduktanzverstärkers (OTA) ist mit dem Referenzknoten (Kref) verbunden. Der Steuerkontakt des ersten Differenzpaartransistors (MPE) ist mit dem Referenzknoten (Kref) verbunden. Der Steuerkontakt des zweiten Differenzpaartransistors (MPF) ist mit dem Referenzknoten (Kref) verbunden. Der Source-Anschluss des ersten Differenzpaartransistors (MPE) ist mit der weiteren positiven Versorgungsspannungsleitung (V5) verbunden. Der Source-Anschluss des zweiten Differenzpaartransistors (MPF) ist mit der weiteren positiven Versorgungsspannungsleitung (V5) verbunden. Der Drain-Anschluss des ersten Differenzpaartransistors (MPE) ist mit der zweiten Spannungsteilerausgangsleitung (KB) verbunden. Der Drain-Anschluss des zweiten Differenzpaartransistors (MPF) ist mit dem ersten Anschluss des Ausgangswiderstands (RCI) verbunden. Der zweite Anschluss des Ausgangswiderstands (RCI) ist mit der Bezugspotenzialleitung (GND) verbunden. Der Wert der Ausgangsspannung (Vout) zwischen dem ersten Anschluss des Ausgangswiderstands (RCI) und dem zweiten Anschluss des Ausgangswiderstands (RCI) ist dann proportional zum Wert der Spannung zwischen dem ersten Anschluss des Leuchtmittels und dem zweiten Anschluss des Leuchtmittels.
Die zuvor beschriebene Vorrichtung führt somit ein Verfahren zum Ermitteln des Spannungsabfalls (VLED) über ein Leuchtmittel, insbesondere über eine oder mehrere Leuchtdioden, in einem Fahrzeug aus. In der nachfolgenden Verfahrensbeschreibung kann angenommen werden, dass die Verfahrensschritte zumindest zeitweise parallel ausgeführt werden können. Worte wie „dann“ oder „danach“ sind im Zusammenhang mit der nachfolgenden Verfahrensbeschreibung so zu interpretieren, dass eine kausale Nachfolge vorliegt. Die Verzögerungen dürften messtechnisch schwer zu erfassen sein, sodass die kausale Interpretation statt der temporalen Interpretation solcher zeitlicher Begriffe hier bevorzugt anwendbar ist. Die Basisannahme des Verfahrens ist, dass das Leuchtmittel über eine Leuchtmittelstromquelle (ISLED) mit elektrischer Energie aus einer Betriebsspannungsleitung (VA) versorgt wird und dass das Leuchtmittel über einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, der im Folgenden als Leuchtmittelausgang (VB) bezeichnet wird, verfügt und dass der erste Anschluss des Leuchtmittels mit der Betriebsspannungsleitung (VA) verbunden ist und dass der Leuchtmittelausgang (VB) über die Leuchtmittelstromquelle (ISLED) mit einer Bezugsspannungsleitung (GND) verbunden ist. Dieser Topologie der Schaltung aus dem Stand der Technik nach beginnt das Verfahren mit einer ersten Reduktion der Spannung zwischen der Betriebsspannungsleitung (VA) und einer Bezugspotenzialleitung um einen ersten Faktor α₁ zu einem ersten reduzierten Spannungsanteil (VKA) und einer zweiten Reduktion der Spannung zwischen dem Leuchtmittelausgang (VB) und der Bezugspotenzialleitung um einen zweiten Faktor α₂ zu einem zweiten reduzierten Spannungsanteil (VKB). Im Normalbetrieb ist bevorzugt der erste Faktor α₁ im Wesentlichen betragsgleich dem zweiten Faktor α₂. Diese beiden Schritte werden durch den ersten Spannungsteiler und den zweiten Spannungsteiler im Beispiel der 1 durchgeführt. In einem kausal nachfolgenden Schritt erfolgen ein Vergleich einer Summe aus dem ersten reduzierten Spannungsanteil (VKA) und eines Rückkoppelspanungsanteils einerseits mit dem zweiten reduzierten Spannungsanteil (VKB) andererseits und die Bildung des Rückkoppelspannungsanteils in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleiches. Dieser Schritt wird in dem Beispiel der 1 durch den Transkonduktanzverstärker (OTA) ausgeführt. Der Vergleich erfolgt bevorzugt dabei in der Art, dass der Spannungswert der besagten Summe aus dem zweiten reduzierten Spannungsanteil (VKB) und dem Rückkoppelspanungsanteils gleich dem Spannungswert des ersten reduzierten Spannungsanteils (VKA) ist. Hierdurch wird der Regelkreis geschlossen. In dem Beispiel der 1 erfolgt die Summenbildung zur Ermöglichung der Rückkopplung aus dem zweiten reduzierten Spannungsanteil (VKB) und dem Rückkoppelspanungsanteil durch die Summation entsprechender Ströme im Knoten der zweiten Spannungsteilerausgangsleitung (KB).
Zur Ausbildung des Ausgangssignals erfolgt dann kausal nachfolgend die Bildung einer Ausgangsspannung (Vout) oder eines anderen geeigneten Ausgangssignals in Abhängigkeit von dem Wert des Rückkoppelspannungsanteils. In dem Beispiel der 1 erfolgt dies durch den zweiten Differenzpaartransistor (MPF) im Zusammenwirken mit dem ersten Differenzpaartransistor (MPE).
Typischerweise stellt dann der Wert der Ausgangsspannung (Vout) bzw. der Wert des anderen geeigneten Ausgangssignals ein Maß für den Spannungsabfall (VLED) über das Leuchtmittel dar. Diese kann in nachfolgenden Stufen, beispielsweise durch einen nicht gezeichneten Analog-zu-Digitalwandler (ADC) erfasst werden. Ein Mikrorechner kann dann diesen erfassten Wert für dieses Maß auswerten und z.B. auf einen Fehlerzustand des Leuchtmittels oder insbesondere in Zusammenschau mit anderen Messwerten, insbesondere unter Anwendung von Methoden der Sensorfusion, auf eine korrekte Funktion des Leuchtmittels schließen. Methoden der Sensorfusion können auch im Zusammenwirken mit solchen anderen Messwerten zur Detektion eines Fehlerzustands des Leuchtmittels oder anderer Systemkomponenten des Fahrzeugs genutzt werden. An dieser Stelle sei auf die Bücher Wolfgang Koch, „Tracking and Sensor Data Fusion: Methodological Framework and Selected Applications“, Springer; 7. Oktober 2013, ISBN-10 : 3642392709 und Gustafsson, „F: Statistical Sensor Fusion”, Studentlitteratur AB, 8. Juni 2018, ISBN-10 : 9144127243 beispielhaft verwiesen, die Methoden der Sensorfusion beschreiben. Andere Messwerte, die zur Fusion genutzt werden können, sind beispielsweise Messparameter der Leuchtmittelstromquelle (ISLED), wie der Wert des Stromes durch die Leuchtmittelstromquelle (ISLED) oder der Spannungsabfall über die Leuchtmittelstromquelle (ISLED) oder die Temperatur der Leuchtmittelstromquelle (ISLED) oder der Wert der Betriebsspannung im Sinne der Potenzialdifferenz zwischen der Betriebsspannungsleitung (VA) und dem Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND). Beispielsweise entsprechen diesen Messparametern im Falle von Spannungswerten Spannungsmessvorrichtungen und im Falle von Stromwerten Strommessvorrichtungen oder im Falle von Temperaturwerten Temperaturmessvorrichtungen etc.
Nun kann es aber sein, dass die Vorrichtung selbst fehlerhaft ist oder dass das Verfahren fehlerhaft ausgeführt wird. Es wird daher hier ein Verfahren zum Überprüfen einer Vorrichtung vorgeschlagen, die ein Verfahren, wie oben beschrieben, im Betrieb ausführt. Zu dem Zweck der Überprüfung der hier vorgeschlagenen Überprüfungsvorrichtung, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung in einem ersten Schritt den normalen Betriebszustand verlässt und eine Testzustand einnimmt. In diesem Testzustand erfolgt bevorzugt zumindest teilweise eine Modifikation des ersten reduzierten Spannungsanteils (VKA) bevorzugt in Abhängigkeit von dem besagten ersten Enable-Signal (ENA) und/oder des zweiten reduzierten Spannungsanteils (VKB), bevorzugt in Abhängigkeit von dem besagten zweiten Enable-Signal (ENB). Dies führt zu einem in vorhersagbarer Weise abweichenden Wert der Ausgangsspannung (Vout) oder zu einem in vorhersagbarer Weise abweichenden Wert des anderen geeigneten Ausgangssignals. Es erfolgt somit bevorzugt eine Erfassung dieses abweichenden Werts der Ausgangsspannung (Vout) oder des abweichenden Werts des anderen geeigneten Ausgangssignals in Form eines Prüfwerts. Durch einen Vergleich dieses Prüfwerts mit einem Erwartungswertbereich wird ein Vergleichswert ermittelt. Es folgt bevorzugt ein Schließen auf einen Fehler, wenn der Prüfwert im Wesentlichen außerhalb des Erwartungswertbereiches liegt. Die Erfassung des abweichenden Werts der Ausgangsspannung (Vout) oder des abweichenden Werts des anderen geeigneten Ausgangssignals in Form eines Prüfwerts erfolgt bevorzugt durch den besagten, nicht gezeichneten Analog-zu-Digital-Wandler, der seine Messwerte, die den Prüfwerten entsprechen, bevorzugt über einen Datenbus an den besagten Mikrorechner weiterleitet. Der Mikrorechner führt dann bevorzugt den Vergleich dieser Prüfwerte mit einem jeweiligen Erwartungswertbereich durch und ermittelt entsprechende Vergleichswerte. Sofern ein oder mehrere Prüfwerte im Wesentlichen außerhalb des Erwartungswertbereiches liegen schließt der Mikrorechner auf einen Fehlerzustand. In dem Fall eines potenziellen Fehlerzustands signalisiert der Mikrorechner diesen bevorzugt an ein übergeordnetes System und/oder leitet entsprechende Maßnahmen ein. Wenn der Prüfwert oder die Prüfwerte im Wesentlichen innerhalb des Erwartungswertbereiches liegen erfolgen bevorzugt ein Beenden der Modifikation des ersten reduzierten Spannungsanteils (VKA) und/oder der Modifikation des zweiten reduzierten Spannungsanteils (VKB) und ein Verlassen des Testzustands und eine Rückkehr in den normalen Betriebszustand.
Das Verfahren kann dabei auch so beschrieben werden, dass kausal nach dem Verlassen des normalen Betriebszustands und dem Einnehmen eines Testzustands eine Modifikation des ersten Faktors α₁ und/oder des zweiten Faktors α₂ in vorbestimmter Art und Weise erfolgt. Die kausal nachfolgende Erfassung des Werts der Ausgangsspannung (Vout) oder des Werts des anderen geeigneten Ausgangssignals als Prüfwert und der Vergleich dieses Prüfwerts mit einem Erwartungswertbereich ermöglichen dann das Schließen auf einen Fehler, wenn der Prüfwert im Wesentlichen außerhalb des Erwartungswertbereiches liegt, und das Schließen auf einen ordnungsgemäßen Betrieb, wenn der Prüfwert im Wesentlichen innerhalb des Erwartungswertbereiches liegt. Nach Durchführung dieses Tests erfolgen kausal nachfolgend bevorzugt ein Beenden der Modifikation des ersten Faktors α₁ und/oder des zweiten Faktors α₂ und ein Verlassen des Testzustands, sowie eine Rückkehr in den normalen Betriebszustand, wenn der Prüfwert im Wesentlichen innerhalb des Erwartungswertbereiches liegt.
Vorteil
Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagenen Verfahren ermöglichen zumindest in einigen Realisierungen die Überwachung des Leuchtmittels auf korrekte Funktion im Betrieb und die Überwachung der Überwachungsvorrichtung selbst auf korrekte Funktion, wobei die Anzahl der Transistoren, die eine erhöhte Spannungsfestigkeit aufweisen müssen, gegenüber dem Stand der Technik reduziert ist. Die Vorteile sind hierauf aber nicht beschränkt.
Bezugszeichenliste

ENA: erstes Enable-Signal;
ENB: zweites Enable-Signal;
GND: Bezugspotenzialleitung;
I: zusätzlicher Strom;
ILED: elektrischer Strom durch die Leuchtdiode;
ISLED: Leuchtmittelstromquelle;
Itr: Ladestrom;
KA: erste Spannungsteilerausgangsleitung;
KB: zweite Spannungsteilerausgangsleitung;
Kref: Referenzknoten;
LED: Leuchtdiode oder Leuchtdiodenstrang oder Verschaltung mehrerer Leuchtdioden;
MNA: erster Schalttransistor;
MNB: zweiter Schalttransistor;
MPE: erster Differenzpaartransistor. Der erste Differenzpaartransistor ist typischerweise ein P-Kanal-MOS-Transistor;
MPF: zweiter Differenzpaartransistor. Der zweite Differenzpaartransistor ist typischerweise ein P-Kanal-MOS-Transistor;
OTA: Transkonduktanzverstärker. Der Transkonduktanzverstärker wird hier als beispielhafter Vergleicher verwendet. Er kann theoretisch allerdings durch einen Operationsverstärker ersetzt werden. Statt des Werts des Ladestroms (Itr) für die parasitären Kapazitäten der Steuereingänge des ersten Differenzpaartransistors (MPE) und des zweiten Differenzpaartransistors (MPF) wird dann das Ausgangspotenzial des Ausgangs des Operationsverstärkers bezogen auf das Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) verwendet. Um die dann auftretende Abhängigkeit von dem Potenzial der weiteren positiven Versorgungsspannungsleitung (V5) gegenüber dem Bezugspotenzial zu eliminieren, muss dann aber diese Ausgangsspannung auf eine Ausgangsspannung umgesetzt werden, die auf das Potenzial der weiteren positiven Versorgungsspannungsleitung (V5) und nicht mehr auf das Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) bezogen ist. In der Regel wird zum Zwecke dieser Umsetzung eine Spannungsstromumsetzung und eine nachfolgende Stromspannungsumsetzung erfolgen. Daher ist die direkte Verwendung eines Transkonduktanzverstärkers günstiger, da sie weniger aufwendig ist. Die Verwendung eines Operationsverstärkers ist im Sinne dieser Schrift mit dem Begriff Transkonduktanzverstärker aber funktionsäquivalent im Sinne der Rückkopplung von der Beanspruchung mitumfasst;
RAO: erster Widerstand des ersten Spannungsteilers;
RA1: zweiter Widerstand des ersten Spannungsteilers;
RBO: erster Widerstand des zweiten Spannungsteilers;
RB1: zweiter Widerstand des zweiten Spannungsteilers;
RCI: Ausgangswiderstand;
V5: weitere positive Versorgungsspannungsleitung;
VA: Betriebsspannungsleitung;
VB: Leuchtmittelausgang;
VKA: erster reduzierter Spannungsanteil;
VKB: zweiter reduzierter Spannungsanteil;
VLED: Spannungsabfall über das Leuchtmittel. Der Spannungsabfall über das Leuchtmittel ist bevorzugt die Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial der Betriebsspannungsleitung (VA) einerseits und dem Potenzial des Leuchtmittelausgangs (VB) andererseits;
Vout: Ausgangsspannung;

Liste der zitierten Schriften

Wolfgang Koch, „Tracking and Sensor Data Fusion: Methodological Framework and Selected Applications“, Springer; 7. Oktober 2013, ISBN-10 : 3642392709 ,
Gustafsson, „F: Statistical Sensor Fusion”, Studentlitteratur AB, 8. Juni 2018, ISBN-10 : 9144127243

Claims

Vorrichtung zur Erfassung des Spannungsabfalls (VLED) über ein Leuchtmittel, insbesondere eine oder mehrere Leuchtdioden, in einem Fahrzeug - mit einer Betriebsspannungsleitung (VA) und - mit einer Bezugspotenzialleitung (GND) und - mit einem Leuchtmittelausgang (VB) und - mit einer ersten Spannungsteilerausgangsleitung (KA) und - mit einer zweiten Spannungsteilerausgangsleitung (KB) und - mit einem Referenzknoten (Kref) und - mit einem Leuchtmittel, insbesondere umfassend eine oder mehrere Leuchtdioden (LED), und - mit einer Leuchtmittelstromquelle (ISLED) und - mit einem ersten Spannungsteiler und - mit einem zweiten Spannungsteiler und - mit einem Transkonduktanzverstärker (OTA) und - mit einem ersten Differenzpaartransistor (MPE) und - mit einem zweiten Differenzpaartransistor (MPF) und - mit einer weiteren positiven Versorgungsspannungsleitung (V5) und - mit einem Ausgangswiderstand (RCI) und - wobei das Leuchtmittel einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist und - wobei die Leuchtmittelstromquelle (ISLED) einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist und - wobei der erste Spannungsteiler einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss und einen Ausgang aufweist und - wobei der zweite Spannungsteiler einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss und einen Ausgang aufweist und - wobei der Transkonduktanzverstärker (OTA) einen positiven Eingang (+) und einen negativen Eingang (-) und einen Ausgang aufweist und - wobei der erste Differenzpaartransistor (MPE) einen Drain-Anschluss und einen Source-Anschluss und einen Steuerkontakt aufweist und - wobei der zweite Differenzpaartransistor (MPF) einen Drain-Anschluss und einen Source-Anschluss und einen Steuerkontakt aufweist und - wobei der Ausgangswiderstand (RCI) einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist und - wobei der erste Anschluss des Leuchtmittels mit der Betriebsspannungsleitung (VA) verbunden ist und - wobei der zweite Anschluss des Leuchtmittels mit dem Leuchtmittelausgang (VB) verbunden ist und - wobei der erste Anschluss der Leuchtmittelstromquelle (ISLED) mit dem Leuchtmittelausgang (VB) verbunden ist und - wobei der zweite Anschluss der Leuchtmittelstromquelle (ISLED) mit der Bezugspotenzialleitung (GND) verbunden ist und - wobei der erste Anschluss des ersten Spannungsteilers mit der Betriebsspannungsleitung (VA) verbunden ist und - wobei der zweite Anschluss des ersten Spannungsteilers mit der Bezugspotenzialleitung (GND) verbunden ist und - wobei der Ausgang des ersten Spannungsteilers mit der ersten Spannungsteilerausgangsleitung (KA) verbunden ist und - wobei der erste Anschluss des zweiten Spannungsteilers mit dem Leuchtmittelausgang (VB) verbunden ist und - wobei der zweite Anschluss des zweiten Spannungsteilers mit der Bezugspotenzialleitung (GND) verbunden ist und - wobei der Ausgang des zweiten Spannungsteilers mit der zweiten Spannungsteilerausgangsleitung (KB) verbunden ist und - wobei der positive Eingang (+) des Transkonduktanzverstärkers (OTA) mit der ersten Spannungsteilerausgangsleitung (KA) verbunden ist und - wobei der negative Eingang (-) des Transkonduktanzverstärkers (OTA) mit der zweiten Spannungsteilerausgangsleitung (KB) verbunden ist und - wobei ein Ausgang des Transkonduktanzverstärkers (OTA) mit dem Referenzknoten (Kref) verbunden ist und - wobei der Steuerkontakt des ersten Differenzpaartransistors (MPE) mit dem Referenzknoten (Kref) verbunden ist und - wobei der Steuerkontakt des zweiten Differenzpaartransistors (MPF) mit dem Referenzknoten (Kref) verbunden ist und - wobei der Source-Anschluss des ersten Differenzpaartransistors (MPE) mit der weiteren positiven Versorgungsspannungsleitung (V5) verbunden ist und - wobei der Source-Anschluss des zweiten Differenzpaartransistors (MPF) mit der weiteren positiven Versorgungsspannungsleitung (V5) verbunden ist und - wobei der Drain-Anschluss des ersten Differenzpaartransistors (MPE) mit der zweiten Spannungsteilerausgangsleitung (KB) verbunden ist und - wobei der Drain-Anschluss des zweiten Differenzpaartransistors (MPF) mit dem ersten Anschluss des Ausgangswiderstands (RCI) verbunden ist und - wobei der zweite Anschluss des Ausgangswiderstands (RCI) mit der Bezugspotenzialleitung (GND) verbunden ist und - wobei der Wert der Ausgangsspannung (Vout) zwischen dem ersten Anschluss des Ausgangswiderstands (RCI) und dem zweiten Anschluss des Ausgangswiderstands (RCI) proportional zum Wert des Spannungsabfalls (VLED) zwischen dem ersten Anschluss des Leuchtmittels und dem zweiten Anschluss des Leuchtmittels ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 - wobei der erste Spannungsteiler ein erstes Mittel, insbesondere einen ersten Schalttransistor (MNA) umfasst, um in die erste Spannungsteilerausgangsleitung (KA) ein erstes Testsignal in Abhängigkeit von einem ersten Enable-Signal (ENA) einzuspeisen und/oder - wobei der zweite Spannungsteiler ein zweites Mittel, insbesondere einen zweiten Schalttransistor (MNB) umfasst, um in die zweite Spannungsteilerausgangsleitung (KB) ein zweites Testsignal in Abhängigkeit von einem zweiten Enable-Signal (ENA) einzuspeisen.
Verfahren zum Ermitteln des Spannungsabfalls (VLED) über ein Leuchtmittel, insbesondere über eine oder mehrere Leuchtdioden, in einem Fahrzeug, - wobei das Leuchtmittel über eine Leuchtmittelstromquelle (ISLED) mit elektrischer Energie aus einer Betriebsspannungsleitung (VA) versorgt wird und - wobei das Leuchtmittel über einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, der im Folgenden als Leuchtmittelausgang (VB) bezeichnet wird, verfügt und - wobei der erste Anschluss des Leuchtmittels mit der Betriebsspannungsleitung (VA) verbunden ist und - wobei der Leuchtmittelausgang (VB) über die Leuchtmittelstromquelle (ISLED) mit einer Bezugsspannungsleitung (GND) verbunden ist, umfassend die Schritte: - Reduzieren der Spannung zwischen der Betriebsspannungsleitung (VA) und einer Bezugspotenzialleitung um einen ersten Faktor α₁ zu einem ersten reduzierten Spannungsanteil (VKA); - Reduzieren der Spannung zwischen dem Leuchtmittelausgang (VB) und der Bezugspotenzialleitung um einen zweiten Faktor α₂ zu einer zweiten reduzierten Spannungsanteil (VKB), - wobei im Normalbetrieb der erste Faktor α₁ im Wesentlichen betragsgleich dem zweiten Faktor α₂ ist; - Vergleich einer Summe aus dem zweiten reduzierten Spannungsanteil (VKB) und eines Rückkoppelspanungsanteils einerseits mit dem ersten reduzierten Spannungsanteil (VKA) andererseits und Bildung des Rückkoppelspannungsanteils in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleiches in der Art, dass der Spannungswert der besagten Summe aus dem zweiten reduzierten Spannungsanteil (VKB) und dem Rückkoppelspanungsanteil gleich dem Spannungswert des ersten reduzierten Spannungsanteils (VKA) ist, - wobei dies mittels eines Transkonduktanzverstärkers (OTA) und eines ersten Differenzpaartransistors (MPE) und eines zweiten Differenzpaartransistors (MPF) erfolgt; - Bildung einer Ausgangsspannung (Vout) oder eines anderen geeigneten Ausgangssignals in Abhängigkeit von dem Wert des Rückkoppelspannungsanteils, - wobei der Wert der Ausgangsspannung (Vout) bzw. des anderen geeigneten Ausgangssignals ein Maß für den Spannungsabfall (VLED) über das Leuchtmittel darstellt oder darstellen kann.
Verfahren zum Überprüfen einer Vorrichtung, die ein Verfahren nach Anspruch 3 ausführt, im Betrieb, umfassend die Schritte - Verlassen des normalen Betriebszustands und einnehmen eines Testzustands; - Modifikation des ersten reduzierten Spannungsanteils (VKA) in Abhängigkeit von einem ersten Enable-Signal (ENA) und/oder des zweiten reduzierten Spannungsanteils (VKB) in Abhängigkeit von einem zweiten Enable-Signal (ENB); - Erfassung des Werts der Ausgangsspannung (Vout) oder des Werts des anderen geeigneten Ausgangssignals als Prüfwert und Vergleich dieses Prüfwerts mit einem Erwartungswertbereich und Schließen auf einen Fehler, wenn der Prüfwert im Wesentlichen außerhalb des Erwartungswertbereiches liegt; - Beenden der Modifikation des ersten reduzierten Spannungsanteils (VKA) und/oder der Modifikation des zweiten reduzierten Spannungsanteils (VKB) und Verlassen des Testzustands und Rückkehr in den normalen Betriebszustand, wenn der Prüfwert im Wesentlichen innerhalb des Erwartungswertbereiches liegt.
Verfahren zum Überprüfen einer Vorrichtung, die ein Verfahren nach Anspruch 3 ausführt, im Betrieb, wobei es sich um ein Verfahren nach Anspruch 4 handeln kann, umfassend die Schritte - Verlassen des normalen Betriebszustands und einnehmen eines Testzustands; - Modifikation des ersten Faktors α₁ und/oder des zweiten Faktors α₂; - Erfassung des Werts der Ausgangsspannung (Vout) oder des Werts des anderen geeigneten Ausgangssignals als Prüfwert und Vergleich dieses Prüfwerts mit einem Erwartungswertbereich und Schließen auf einen Fehler, wenn der Prüfwert im Wesentlichen außerhalb des Erwartungswertbereiches liegt. - Beenden der Modifikation des ersten Faktors α₁ und/oder des zweiten Faktors α₂ und Verlassen des Testzustands und Rückkehr in den normalen Betriebszustand, wenn der Prüfwert im Wesentlichen innerhalb des Erwartungswertbereiches liegt.