DE10248680A1

DE10248680A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Stromerfassung bei mehreren Stromquellen

Info

Publication number: DE10248680A1
Application number: DE10248680A
Authority: DE
Inventors: Joachim Schenk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-05-06

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stromerfassung bei mehreren Stromquellen (30, 70), bei dem an Stromsensorausgängen der Stromquellen (30, 70) Stromsignale abgegriffen und alle Stromsignale einem gemeinsamen Eingang (21) einer Stromsensoreinheit zur Auswertung zugeführt werden, wobei ein Vergleich mit einem Vergleichskriterium durchgeführt wird. Ein geringer Messaufwand wird dadurch erreicht, dass die Stromsignale aller Stromquellen (30, 70) voneinander entkoppelt und zeitgleich über mindestens eine Widerstandsanordnung geführt werden, deren Spannungsabfall dem Eingang (21) als Spannungssignal zugeführt wird und dass bei definierter Abweichung von dem Vergleichskriterium die Stromquellen (30, 70) oder die Stromsensorausgänge sequentiell abgeschaltet und dadurch die die definierte Abweichung verursachende Stromquelle festgestellt wird (Fig. 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stromerfassung bei mehreren Stromquellen, bei dem an Stromsensorausgängen der Stromquellen Stromsignale abgegriffen und alle Stromsignale einem gemeinsamen Eingang einer Stromsensoreinheit zur Auswertung zugeführt werden, wobei ein Vergleich mit einem Vergleichskriterium durchgeführt wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art werden (ohne vorhandenen druckschriftlichen Beleg) als bekannt angenommen. Stromquellen werden in verschiedensten Bereichen eingesetzt, z.B. sind Stromsensorausgänge von Halbleiterendstufen eine Form von Stromquelle. In Steuergeräten werden vermehrt derartige Halbleiterendstufen eingesetzt. Die zu erfassenden Stromsignale in Form des Sensorstroms können dabei in eine proportionale Spannung umgesetzt und über eine Eingangsschaltung z.B. einem Analogeingang eines Mikrocontrollers zugeführt werden. Werden mehrere Endstufen eingesetzt, werden entweder mehrere Analogeingänge benötigt oder die Signale über einen Multiplexer nur einem Analogeingang zugeführt. Letztere Variante kann z.B. dann verwendet werden, wenn das Stromsignal nicht laufend abgetastet wird und z.B, nur zum Überlastschutz periodisch bzw. zur Erkennung des lastoffenen Zustandes abgefragt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereit zu stellen, mit dem eine Stromerfassung bei mehreren Stromquellen mit geringerem Aufwand erreicht wird.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 6 gelöst. Hiernach ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass die Stromsignale aller Stromquellen von einander entkoppelt und zeitgleich über mindestens eine Widerstandsanordnung geführt werden, deren Spannungsabfall dem Eingang als Spannungssignal zugeführt wird und dass bei definierter Abweichung von dem Vergleichskriterium die Stromquellen oder die Stromsensorausgänge sequentiell abgeschaltet und dadurch die die definierte Abweichung verursachende Stromquelle festgestellt wird.

Bei der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die den gemeinsamen Eingang für das Spannungssignal aufweisende Sensoreinheit Teil einer Steuereinheit ist und dass zum entkoppelten Zuführen der Stromsignale zu dem Eingang in jedem einzelnen Strompfad eine Entkopplungsdiode angeordnet ist.

Mit diesen Maßnahmen werden alle Stromsignale dem nur einen Eingang der Stromsensoreinheit mit geringem Steuerungs- bzw. Schaltungsaufwand zugeführt, da z.B. ein Multiplexer mit aufwändiger Beschattung oder eine Anschaltung an mehrere Eingänge eingespart werden. Eine evtl. reduzierte Stromauflösung wird in Kauf genommen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Zum Beispiel zum Feststellen eines Überlastfalles bestehen einfache Maßnahmen darin, dass als Vergleichskriterium ein einen Normalbetrieb angebender Nennstrompegel oder Nennspannungspegel zugrunde gelegt wird und als definierte Abweichung ein Überschreiten oder Unterschreiten desselben oder einer bezüglich des Nennstrompegels oder Nennspannungspegels vorgegebenen Schwelle festgestellt wird. Die vorgegebene Schwelle kann dabei einen bestimmten Abstand von dem Nennstrom- oder Nennspannungspegel haben.

Eine für eine einfache Auswertung günstige Ausgestaltung besteht weiterhin darin, dass das dem Eingang zugeführte Spannungssignal analog vorliegt und vor dem Vergleich in Digitalsignale umgesetzt wird.

Eine für eine sichere Erfassung vorteilhafte Maßnahme besteht darin, dass zum Feststellen der die definierte Abweichung verursachenden Stromquelle immer nur eine Stromquelle oder ein Stromausgang kurzzeitig betrieben wird.

Eine einfache Ausgestaltung der Vorrichtung ergibt sich dadurch, dass zum Umsetzen der Stromsignale in zu ihnen proportionale Spannungssignale in jedem Strompfad zwischen dem jeweiligen Stromausgang und der zugeordneten Entkopplungsdiode eine Widerstandsanordnung liegt, oder auch dadurch, dass zum Umsetzen der Stromsignale in zu ihnen proportionale Spannungssignale zwischen den Entkopplungsdioden und dem Eingang in dem gemeinsamen Strompfad eine gemeinsame Widerstandsanordnung liegt, wobei nur eine Widerstandsanordnung zum Erfassen des Sensorstroms (mit niedrigerer Auflösung) benötigt wird. Die Stromsignale der Stromsensorausgänge addieren sich und erzeugen einen entsprechenden Spannungsabfall an der Widerstandsanordnung.

Für einen einfachen, z.B. mittels Programmierung variabel auslegbaren Aufbau sind weiterhin die Maßnahmen vorteilhaft, dass als Steuereinheit ein Mikrocontroller vorhanden ist und dass der Eingang ein analoger Eingang ist, dem ein Analog/Digital-Wandler nachgeordnet ist, um die zugeführten proportionalen Spannungssignale in auszuwertende Digitalsignale umzuwandeln.

Ist vorgesehen, dass die Stromquellen als Endstufen eines Steuergerätes ausgebildet sind, an die Lasten angeschlossen sind, und dass das Steuergerät auch die Steuereinheit umfasst, so ergibt sich ein einfacher Schaltungsaufbau mit kompakter Ausbildung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Stromerfassung bei mehreren Stromquellen und
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Stromerfassung bei mehreren Stromquellen.
Ausführungsbeispiele
Bei der in 1 gezeigten Vorrichtung bzw. Schaltungsanordnung zur Stromerfassung bei mehreren Stromquellen sind als Stromquellen in einem Steuergerät 10 z.B. Halbleiter-Endstufen 30, 70 vorhanden, von denen beispielhaft zwei dargestellt sind. Die Endstufen 30, 70 sind an eine Steuereinheit in Form eines Mikrocontrollers 20 angeschlossen und werden von diesem gesteuert, um z.B. an sie angeschlossene Lasten 60, 110 mit einer Spannung UBatt zu versorgen.
Stromsensorausgänge der Endstufen 30, 70 sind über einen gegen Masse gelegten Widerstand 50 oder Widerstands-Spannungsteiler mit Teilerwiderständen 90, 100 und diesen in den betreffenden Strompfaden nachfolgenden, in Stromflussrichtung geschalteten Entkopplungsdioden 40, 41 als Entkopplungsglieder an einen gemeinsamen Eingang 21 des Mikrocontrollers 20 angeschlossen. Bei dem Eingang 21 handelt es sich vorzugsweise um einen Analogeingang des Mikrocontrollers 20, dem die über die Widerstandsanordnungen 50 bzw. 90, 100 in Spannungssignale umgesetzten Stromsignale der Endstufen 30, 70 zugeführt werden. Dem Eingang 21 ist in dem Mikrocontroller 20 ein Analog/Digital-Wandler nachgeordnet, um die erfassten Spannungssignale in digitale Signale umzuwandeln und anschließend mittels in dem Mikrocontroller 20 gespeicherter Programme in einer Sensoreinheit und Auswerteeinheit auszuwerten.
Der strom/spannungswandelnde Widerstand 50 oder Widerstandsteiler 90, 100 ist so dimensioniert, dass in einem Überlastfall eine vorgegebene Schwelle in Form eines Mindestspannungspegels überschritten wird, der sich markant von einem Nennspannungspegel unterscheidet, der durch den Normalbetriebsspannungsabfall entsteht. Tritt ein Überlastfall ein, so werden zur Stromerfassung die Endstufen 30, 70 von dem Mikrocontroller 20 über die entsprechenden Steuerausgänge 22, 23 sequentiell abgeschaltet und auf diese Weise die überlastete Endstufe ermittelt. Der Überlastfall bzw. Überlaststrom ergibt sich aus einem vorbestimmten kleinsten Maximalstrom, der nachgeschalteten und zu versorgenden Komponenten im Stromweg, wie Last, Kabel oder dgl.
Im Normalbetrieb der Endstufen 30, 70 fällt ein Nennspannungspegel ab, welcher von dem Mikrocontroller 20 über den Eingang 21 eingelesen wird. Wird der Nennspannungspegel unterschritten, ist von einer Unterbrechung im Lastkreis auszugehen. Zur Detektierung der betroffenen Endstufe wird hierzu kurzzeitig, d.h. über die Dauer einer Messung, nur jeweils eine Endstufe betrieben.
Bei dem in 2 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel sind die nach 1 in den einzelnen Strompfaden liegenden Widerstandsanordnungen 50 bzw. 90, 100 weggelassen, und statt dessen ist ein gemeinsamer Wandler-Widerstand 80 vorgesehen, dem über die in den einzelnen Strompfaden liegenden Entkopplungsdioden 42, 43 die Summe der einzelnen Stromsignale zum Erzeugen eines proportionalen Spannungsabfalls zugeführt wird, und der von dem gemeinsamen Eingang 21 des Mikrocontrollers 20 aus gegen Masse gelegt ist. Gegenüber dem vorangehenden Ausführungsbeispiel wird dabei nur ein Widerstand 80 benötigt. Weiterhin hat diese Schaltung den Vorteil, dass über den Widerstand 80 jedes Stromsignal bzw. jeder Sensorstrom, mit höherer, Auflösung erfasst wird.

Claims

Verfahren zur Stromerfassung bei mehreren Stromquellen (30, 70), bei dem an Stromsensorausgängen der Stromquellen (30, 70) Stromsignale abgegriffen und alle Stromsignale einem gemeinsamen Eingang (21) einer Stromsensoreinheit zur Auswertung zugeführt werden, wobei ein Vergleich mit einem Vergleichskriterium durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsignale aller Stromquellen (30, 70) von einander entkoppelt und zeitgleich über mindestens eine Widerstandsanordnung (80; 50; 100) geführt werden, deren Spannungsabfall dem Eingang (21) als Spannungssignal zugeführt wird und dass bei definierter Abweichung von dem Vergleichskriterium die Stromquellen (30, 70) oder die Stromsensorausgänge sequentiell abgeschaltet und dadurch die die definierte Abweichung verursachende Stromquelle festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vergleichskriterium ein einen Normalbetrieb angebender Nennstrompegel oder Nennspannungspegel zugrunde gelegt wird und als definierte Abweichung ein Überschreiten oder Unterschreiten desselben oder einer bezüglich des Nennstrompegels oder Nennspannungspegels vorgegebenen Schwelle festgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Eingang zugeführte Spannungssignal analog vorliegt und vor dem Vergleich in Digitalsignale umgesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Feststellen der die definierte Abweichung verursachenden Stromquelle immer nur eine Stromquelle oder ein Stromausgang kurzzeitig betrieben wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den gemeinsamen Eingang (21) für das Spannungssignal aufweisende Sensoreinheit Teil einer Steuereinheit (20) ist und dass zum entkoppelten Zuführen der Stromsignale zu dem Eingang (21) in jedem einzelnen Strompfad eine Entkopplungsdiode (40, 41, 42, 43) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umsetzen der Stromsignale in zu ihnen proportionale Spannungssignale in jedem Strompfad zwischen dem jeweiligen Stromausgang und der zugeordneten Entkopplungsdiode (40, 41) eine Widerstandsanordnung (50; 90, 100) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umsetzen der Stromsignale in zu ihnen proportionale Spannungssignale zwischen den Entkopplungsdioden (42, 43) und dem Eingang (21) in dem gemeinsamen Strompfad eine gemeinsame Widerstandsanordnung (80) liegt.
Vorrichtung nach einem der Anspruche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuereinheit ein Mikrocontroller (20) vorhanden ist und dass der Eingang (21) ein analoger Eingang ist, dem ein Analog/Digital-Wandler nachgeordnet ist, um die zugeführten proportionalen Spannungssignale in auszuwertende Digitalsignale umzuwandeln.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquellen (30, 70) als Endstufen eines Steuergerätes (10) ausgebildet sind, an die Lasten (60, 110) angeschlossen sind, und dass das Steuergerät (10) auch die Steuereinheit (20) umfasst.