DE10249599A1 - Sicherheitsschaltung für analoge Sensoren - Google Patents
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Abstract
Die Sicherheitsschaltung für analoge Sensoren hat in einer Versorgungsspannungsleitung (6) und einer Masseleitung (8) je einen Transistor (T1, T2) geschaltet, deren Steuerelektrode je über einen Spannungsteiler (R1, R2; R3, R4) zwischen Versorgungsspannung und Masse liegt. Die Sensorausgangsleitung (7) ist über einen Pull-down-Widerstand (R5) mit dem Massepotential des Steuergerätes verbunden. Im Normalbetrieb sind beide Transistoren (T1, T2) durchgeschaltet. Bei Trennung der Masseleitung (14) schalten beide Transistoren ab. Dadurch wird verhindert, dass über die Versorgungsspannungsleitung (11), die Spannungsteiler oder den Sensor ein Strom zur Sensorausgangsleitung fließen kann. Durch den Pull-down-Widerstand (R5) wird die Sensorausgangsleitung vielmehr auf Massepotential gezogen. Dadurch wird ein fehlerhaftes Signal, das ein Nutzsignal vortäuschen könnte, verhindert.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsschaltung für analoge Sensoren, die einen Versorgungsspannungsanschluß, einen Masseanschluß und einen Sensorausgangsanschluß haben. Solche Sensoren sind allgemein bekannt und werden beispielsweise als Drucksensoren in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Gerade in Kraftfahrzeugen kann es durch Erschütterungen oder ähnliche Störeinflüsse vorkommen, dass eine der Leitungen zu dem Sensor unterbrochen wird, sei es durch Leitungsbruch, Lösen einer Steckverbindung oder ähnliches. Kritisch ist besonders eine Unterbrechung der Masseleitung, da an der Versorgungsspannungsleitung weiter Versorgungsspannung anliegt und am Sensorausgang dadurch ein fehlerhaftes Signal auftreten kann, das nicht von gültigen Meßwerten zu unterscheiden ist. Dies kann dann beispielsweise dazu führen, dass bei unterbrochener Masseleitung im Steuergerät eines Kraftfahrzeuges ein normaler Betriebszustand (z. B. ausreichender Betriebsdruck der Bremsanlage bei Nutzfahrzeugen) angezeigt wird, obwohl dieser gar nicht vorhanden ist. Dies stellt ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar.
- Die derzeit bekannten analogen Sensoren liefern also bei Unterbrechung der Masseleitung zum Sensor ein Meßsignal an das Steuergerät, das von Null verschieden ist. Die im Steuergerät erkannte Signalspannung hängt im Fehlerfall stark vom Lastwiderstand ab. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Sicherheitsschaltung für analoge Sensoren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die bei Leitungsunterbrechung, insbesondere bei Unterbrechung der Masseleitung ein klar von einem Nutzsignal unterscheidbares Signal liefert.
- Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
- Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, im Sensor in die Masseleitung und die Versorgungsspannungsleitung je einen Transistor zwischenzuschalten, deren Steueranschluß an Spannungsteiler, die zwischen Versorgungsleitung und Masseleitung liegen, angeschlossen ist, wobei beide Transistoren im Normalbetrieb durchgeschaltet sind und zumindest bei Unterbrechung der Masseleitung abgeschaltet sind. Die Sensorausgangsleitung ist im Steuergerät über einen Pull-down-Widerstand belastet/abgeschlossen und zieht das Signal im Fehlerfall in einen sicheren Zustand (GND-Potential).
- Hierdurch wird erreicht, dass im Fall der Unterbrechung einer der Anschlußleitungen des analogen Sensors sichergestellt ist, dass die (z.B. in einem Steuergerät) gemessene Signalspannung, also die Spannung an der Sensorausgangsleitung exakt zu Null wird, womit sich leicht eine Fehlfunktion des Sensors erkennen läßt.
- im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:
-
1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles der Überwachungsschaltung nach der Erfindung. - In einem Sensorgehäuse
1 sind ein Sensor2 und die nachfolgend beschriebene Überwachungsschaltung angeordnet. Der Sensor ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein analoger Sensor, dessen Ausgang im Steuergerät durch den Pull-down-Lastwiderstand belastet wird, wie in1 schematisch durch den Widerstand R5 dargestellt ist. Am Sensorgehäuse sind drei Eingänge vorhanden, nämlich ein Eingang3 für Versorgungsspannung (VCC), ein Anschluß4 für ein Sensorausgangssignal (OUT) und ein Anschluß5 für Masse (GND), die mit zugeordneten Anschlüssen eines Steuergerätes10 verbunden sind, was über Leitungen11 ,12 und13 er folgt. Die drei Anschlüsse3 ,4 und5 sind über Leitungen6 ,7 bzw. 8 mit dem Sensor2 verbunden. In der Spannungsversorgungsleitung6 ist ein Transistor T1 geschaltet, der ein MOSFET-Transistor des p-Typs ist. In entsprechender Weise ist in die Masseleitung8 ein zweiter Transistor T2 geschaltet, der ein MOSFET-Transistor des n-Typs ist, wobei letzterer invers betrieben wird. - Zwischen der Versorgungsspannungsleitung
6 und der Masseleitung8 liegt ein Spannungsteiler aus einer Reihenschaltung eines ersten Widerstandes R1, einer in Durchlaßrichtung geschalteten Diode D und eines zweiten Widerstandes R2. Der Verbindungspunkt zwischen dem ersten Widerstand R1 und der Diode D ist mit der GATE-Elektrode des ersten Transistors T1 verbunden. - Weiter liegt zwischen der Versorgungsspannungsleitung
6 und der Masseleitung8 ein Spannungsteiler einer Reihenschaltung aus einem dritten Widerstand R3 und einem vierten Widerstand R4, wobei der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R3 und R4 mit der GATE-Elektrode des zweiten Transistors T2 verbunden ist. - Die Widerstandspaare R1/R2 bzw. R3/R4 wirken als Spannungsteiler, die im Normalzustand der GATE-Elektrode der Transistoren T1 bzw. T2 eine Spannung zuführen, die zum Durchschalten der Transistoren führt. Im Normalbetrieb wird der Transistor T2 invers betrieben. Die parasitäre Diode zwischen DRAIN- und SOURCE-Anschluß sorgt dafür, dass im Einschaltmoment ein Strom fließen kann. Anschließend wird der Transistor über die GATE-Spannung niederohmig geschaltet.
- Im Falle einer Unterbrechung
14 der Masseleitung13 zum Sensor2 wird das Massepotential im Sensor über R1, D und R2 angehoben. Darauf schalten die Transistoren T1 und T2 ab. R1 und R2 müssen dabei relativ niederohmig dimensioniert sein, um im Fehlerfall das GND-Potential gegen den Widerstand des Pult-down-Widerstandes R5 so stark anheben zu können, bis T1 abschaltet. Der Transistor T2 erfüllt dabei die Aufgabe, einen Stromfluß von Versorgungsspannung (VCC) über R1, D, R2 und den Sensor2 zum Ausgangsanschluß4 zu verhindern. Damit zieht der dem Sensor zugeordnete Pull-down-Widerstand R5 den Ausgangsanschluß4 des Sensors auf Massepotential. Dieser Pull-down-Widerstand R5 ist unabhängig vom Masseanschluß8 mit dem Massepotential der Spannungsversorgung im Steuergerät10 verbunden. - Ein Bruch der Versorgungsspannungsleitung
6 ist unkritisch, da dann ohnehin keine Gefahr besteht, dass über den Sensor ein falsches Signal zum Ausgangsanschluß4 gelangt. Im übrigen würden bei Bruch der Versorgungsspannungsleitung die beiden Transistoren T1 und T2 ebenfalls abschalten, so dass der Pull-down-Widerstand R5 den Ausgangsanschluß4 des Sensors2 ebenfalls auf Massepotential zieht. - Ein Bruch der Sensorausgangsleitung
12 (bzw. 7) ist ebenfalls unkritisch, da der Pull-down-Widerstand R5 dann das Potential auf GND zieht. Da die Sensorspannung immer über R5 gemessen wird, ist es zweckmäßig, diesen Pull-down-Widerstand im Steuergerät10 unterzubringen. Es wäre allerdings auch möglich, ihn im Sensorgehäuse1 an der Leitung7 unterzubringen. In diesem Falle müßte aber der andere Anschluß des Widerstands R5 mit dem GND-Potential des Steuergerätes10 verbunden sein und zwar derart, dass auch bei Bruch der Masseleitung13 das GND-Potential dort anliegt, was eine weitere Leitung erfordern würde, weshalb die oben beschriebene Anordnung im Steuergerät10 bevorzugt ist.
Claims (5)
- Sicherheitsschaltung für analoge Sensoren, die mit einer Versorgungsspannungsleitung, einer Masseleitung und einer Sensorausgangsleitung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Versorgungsspannungsleitung (
6 ) und der Masseleitung (8 ) je ein Transistor (T1 bzw. T2) zwischengeschaltet ist, deren Steueranschluß je an einen zwischen der Versorgungsspannungsleitung (6 ) und der Masseleitung (8 ) liegenden Spannungsteiler (R1, R2; R3, R4) angeschlossen ist, wobei beide Transistoren (T1, T2) im Normalbetrieb durchgeschaltet und zumindest bei Unterbrechung der Masseleitung (M8) abgeschaltet sind und dass die Sensorausgangsleitung (7 ) über einen Pull-down-Widerstand (R5) mit einem von der Masseleitung (8 ) unabhängigen Massepotential verbunden ist. - Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pull-down-Widerstand (R5) in einem Steuergerät (
10 ) außerhalb eines Gehäuses (1 ) des Sensors (2 ) angeordnet und zwischen einem Meßeingang und Massepotential des Steuergerätes angeordnet ist. - Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Transistoren (T1, T2) MOSFET-Transistoren sind.
- Sicherheitsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Masseleitung (
8 ) zwischengeschaltete Transistor (T2) invers betrieben wird. - Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spannungsteiler (R1, R2), an den der Steueranschluß des in die Versorgungsspannungsleitung (
6 ) geschalteten Transistors angeschlossen ist, noch zusätzlich eine von Versorgungsspannung zu Masse in Durchlaßrichtung geschaltete Diode (D) eingeschaltet ist.
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