DE19850001A1

DE19850001A1 - Fehlerstromerkennung in Steuereinheiten

Info

Publication number: DE19850001A1
Application number: DE19850001A
Authority: DE
Inventors: Edmund Martin
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2000-05-04
Also published as: US20010030542A1; US6489778B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Fehlerstromes in einer Steuereinheit sowie eine Steuereinheit mit einer Schaltung zur Erkennung des Fehlerstromes. Erfindungsgemäß wird ein in die Steuereinheit hinein fließender Strom, der zu Beschädigung oder Fehlfunktionen der Steuereinheit führen könnte, erfaßt und in Abhängigkeit des erfaßten Stromes ein Fehlersignal erzeugt, wobei das Fehlersignal zum Beispiel zum Abschalten der Last oder der Stromversorgung der Steuereinheit führt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Fehlerstromes in einer Steuereinheit sowie eine Steuereinheit mit einer Schaltung zur Erkennung eines Fehlerstromes in einer Steuereinheit gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.

Es sind Steuereinheiten bekannt, die an einer Spannungsversorgung angeschlossen sind und denen Eingangssignale zugeführt werden, wobei aus den zugeführten Eingangssignalen zumindest eine an einem Ausgang der Steuereinheit angeschlossene Last eingeschaltet beziehungsweise ausgeschaltet wird. Die Last ist beliebig, so daß es sich hier beispielsweise um reine ohmsche Verbraucher wie zum Beispiel Lampen handeln kann; aber auch induktive oder kapazitive oder sonstige komplexe Lasten sind denkbar (wie zum Beispiel Magnetventile).

Zur Ansteuerung der Last umfaßt die Steuereinheit einen Treiber, der zum Beispiel von einem in der Steuereinheit integrierten Mikroprozessor angesteuert wird und somit der Last, die beispielsweise gegen Masse verschaltet ist, einen Strom zuführt. Das heißt, bei ordnungsgemäßer Funktion der Steuereinheit und auch der Last fließt (je nach Polarität) zum Beispiel ein Strom aus der Steuereinheit in die Last hinein.

Bei nicht ordnungsgemäßer Funktionsweise kann es nun vorkommen, daß der Strom nicht in die gewünschte Richtung fließt, sondern - bei dem gerade geschilderten Fall - zum Beispiel aufgrund eines Kurzschlusses ein Strom in die Steuereinheit hineinfließt. Dies ist unerwünscht, da dieser Fehlerstrom zu Beschädigungen an der Steuereinheit und deren Bauteilen beziehungsweise zu Fehlfunktionen der Steuereinheit führen kann.

Um dieses Problem zu beseitigen, ist schon daran gedacht worden, dem Treiber der Steuereinheit eine entgegen der Richtung des Fehlerstromes geschaltete Diode in Reihe zu schalten, die das Fließen des Fehlerstromes verhindert. Eine solche Diode hat jedoch den Nachteil, daß sie bei Betrieb der Steuereinheit warm wird und somit eine hohe Verlustleistung, die unerwünscht ist, erzeugt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Auftreten eines Fehlerstromes wirkungsvoll zu erfassen und die Steuereinheit ohne Erzeugung einer Verlustleistung vor einem solchen Fehlerstrom zu schützen.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Erkennung eines Fehlerstromes in einer Steuereinheit vorgeschlagen, bei dem ein über den Ausgang in die Steuereinheit hineinfließender Strom erfaßt und in Abhängigkeit des erfaßten Stromes ein Fehlersignal erzeugt wird. Die Erfassung eines in die Steuereinheit hineinfließenden Fehlerstromes kann ohne Verlustleistung erfolgen, wovon die Erfassung an sich nicht beeinträchtigt wird, so daß auch eine schnelle Reaktion aufgrund des erzeugten Fehlersignales gegeben ist.

In Weiterbildung der Erfindung wird bei Auftreten des Fehlersignales die Last und/oder die Stromversorgung der Steuereinheit abgeschaltet. Wurde also rechtzeitig ein in die Steuereinheit hineinfließender Fehlerstrom erfaßt, kann dieser im Sinne einer Vorbeugung vor weiteren Schäden an der Steuereinheit zur Abschaltung der Last führen, falls die Last die Fehlerquelle darstellt. Sollte dies nicht der Fall sein (wenn zum Beispiel ein Kurzschluß am Ausgang vorliegt und die Last an sich fehlerfrei arbeitet), kann auch die Stromversorgung der gesamten Steuereinheiten abgeschaltet werden.

Ergänzend oder alternativ dazu ist es selbstverständlich auch möglich, daß das Fehlersignal einer Auswertung unterzogen wird. So können zum Beispiel kurzzeitig in die Steuereinheit hineinfließende Fehlerströme, die aufgrund ihrer Kurzfristigkeit unschädlich sind, unberücksichtigt bleiben; liegen die Fehlerströme jedoch länger als eine vorgebbare Zeitspanne vor, wird dies als Fehlerfall erkannt und entsprechend reagiert. Ebenso kann die Höhe des in die Steuereinheit hineinfließenden Stromes erfaßt und bewertet werden. Auch hier können wieder geringfügige Fehlerströme unberücksichtigt bleiben, während Fehlerströme oberhalb einer vorgebbaren Größe zu einer Reaktion führen und zur Vermeidung von Beschädigungen an der Steuereinheit ausgewertet werden.

In den weiteren Patentansprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen angegeben, die im folgenden beschrieben und in der einzigen Figur gezeigt sind, wobei neben dieser beispielhaften Ausführung auch alternative Ausführungsformen denkbar sind, ohne den erfindungsgemäßen Rahmen zu verlassen.

Die einzige Figur zeigt zumindest teilweise eine Steuereinheit 1, die über einen Plusanschluß 2 und einen Minusanschluß 3 (Masse) ihre Spannungsversorgung (in diesem Falle eine Gleichspannungsversorgung) erhält. Für die Steuereinheit 1 nicht gezeigt sind Eingänge, über die der Steuereinheit 1 Eingangssignale zur Weiterverarbeitung zugeführt werden. An einem Ausgang 4 der Steuereinheit 1 ist eine Last 5, die gegen Masse geschaltet ist, angeschlossen.

In der Steuereinheit 1 ist weiterhin ein Treiber 6 angeordnet, der beispielsweise als High-Side-Treiber ausgebildet ist. Dieser Treiber 6 wird von einem nicht dargestellten Prozessor (Mikroprozessor) oder dergleichen in der Steuereinheit 1 in dem Sinne angesteuert, daß die Last 5 eingeschaltet wird, wenn ein Strom I von dem Plusanschluß 2 über die Last 5 gegen Masse fließt. Soll die Last 5 ausgeschaltet werden, wird der Treiber 6 so angesteuert, daß kein Strom I fließt.

Erfindungsgemäß weist die Steuereinheit 1 eine Schaltung zur Erkennung eines Fehlerstromes auf, wobei dieser Schaltung ein über den Ausgang 4 in die Steuereinheit 1 hineinfließender Strom, der entgegen der in der Figur eingezeichneten Stromrichtung des Stromes I gerichtet ist, zugeführt wird und von dieser erfaßbar ist und in Abhängigkeit des erfaßten Stromes von der Schaltung ein Fehlersignal erzeugt wird. Ein in diese Schaltung hineinfließender Fehlerstrom, der mit FI bezeichnet ist, führt über als Spannungsteiler geschaltete Widerstände 7, 8 zu einer Spannung an einer Basis eines Transistors 9, der als einfacher PNP-Transistor ausgebildet ist. Diese von dem Spannungsteiler 7, 8 erzeugte Spannung wird durch einen Ballastwiderstand 10, der mit dem Minusanschluß 3 verschaltet ist, zusätzlich vergrößert, so daß der Transistor 9 bei Auftreten eines Fehlerstromes FI rechtzeitig ansprechen kann. Somit steht an dem Kollektor des Transistors 9 an einem Fehlersignalausgang 11 im Falle des Auftretens eines Fehlerstromes FI rechtzeitig ein Fehlersignal zur Verfügung, welches entweder in der Steuereinheit 1 deren Prozessor zur weiteren Auswertung zugeführt wird oder aus der Steuereinheit 1 herausgeführt und ausgewertet wird, um die schon genannten Maßnahmen zur Vermeidung von Beschädigungen an der Steuereinheit 1 zu ergreifen. Die Verarbeitung des Fehlersignales innerhalb der Steuereinheit 1 hat den Vorteil, daß eine kompakte Bauweise der Steuereinheit 1 einschließlich der Schaltung zur Erkennung des Fehlerstromes vorliegt.

Von besonderem Vorteil ist, wenn die Schaltung zur Erkennung des Fehlerstromes in räumlicher Nähe zu dem Treiber 6 der Steuereinheit 1 angeordnet ist, so daß die beteiligten Bauteile die gleiche Temperatur aufweisen, so daß nicht unterschiedliche Temperaturen einerseits des Treibers 6 und andererseits der Schaltung (Widerstände 7 und 8, Transistor 9, Ballastwiderstand 10) zu einer Verzögerung bei der Erzeugung des Fehlersignales führen können.

Anstelle der in der Figur gezeigten Schaltung können auch andere elektronische Bauteile verwendet werden, denen der Fehlerstrom FI zugeführt wird, wobei diese Bauteile in Abhängigkeit des zugeführten Fehlerstromes FI an dem Fehlersignalausgang 11 ein Fehlersignal erzeugen. Hierbei ist zum Beispiel an einem entsprechend verschalteten Operationsverstärker zu denken, dem einerseits ein vorgegebener Strom eingeprägt wird und dem an seinem zweiten Eingang der Fehlerstrom FI zugeführt wird. Sobald der zugeführte Fehlerstrom FI den eingeprägten Strom (der zum Beispiel auch Null sein kann) übersteigt, erzeugt der Operationsverstärker an seinem Fehlersignalausgang das Fehlersignal.

Über den dem Operationsverstärker eingeprägten Strom beziehungsweise mittels des Ballastwiderstandes 10 kann die Empfindlichkeit der Schaltung zur Erkennung des Fehlerstromes FI eingestellt werden.

Besonders wichtig ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Steuereinheit beziehungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erkennung eines Fehlerstromes im Fahrzeugbereich, insbesondere bei Personenkraftwagen oder Nutzfahrzeugen. Denn bei diesen Anwendungen sind Bauteile, die Verlustleistung und damit Wärme erzeugen, unerwünscht, da eine solche Verlustleistung, gerade bei der Anwendung einer Vielzahl von Steuereinheiten, die in modernen Fahrzeugen vorhanden sind, zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauches führt. Außerdem ist im Fahrzeugbereich die Abführung von erzeugter Verlustwärme problematisch, da die hierfür einzusetzenden Maßnahmen (zum Beispiel Kühlkörper oder Kühlventilatoren) unnötig Platz beanspruchen beziehungsweise zusätzliche Kosten verursachen.

Bezugszeichenliste

1

Steuereinheit

2

Plusanschluß

3

Minusanschluß

4

Ausgang

5

Last

6

Treiber (High-Side-Treiber)

7

Widerstand

8

Widerstand

9

Transistor

10

Ballastwiderstand

11

Fehlersignalausgang

Claims

1. Verfahren zur Erkennung eines Fehlerstromes in einer Steuereinheit, an deren Ausgang eine von der Steuereinheit schaltbare Last angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein über den Ausgang in die Steuereinheit hineinfließender Strom erfaßt und in Abhängigkeit des erfaßten Stromes ein Fehlersignal erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten des Fehlersignales die Last abgeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten des Fehlersignales die Stromversorgung der Steuereinheit abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Steuereinheit hineinfließende Strom über einen Spannungsteiler einem Transistor zugeführt wird, wobei nach Durchschalten des Transistors von diesem das Fehlersignal erzeugt wird.

5. Steuereinheit (1) mit einer Schaltung zur Erkennung eines Fehlerstromes (FI) in der Steuereinheit (1), an deren Ausgang (4) eine von der Steuereinheit (1) schaltbare Last (5) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der über den Ausgang (4) in die Steuereinheit (1) hineinfließende Fehlerstrom (FI) der Schaltung zuführbar und von dieser erfaßbar ist und in Abhängigkeit des erfaßten Fehlerstromes (FI) von der Schaltung ein Fehlersignal erzeugbar ist.

6. Steuereinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zumindest einen Spannungsteiler (7, 8) aufweist, wobei der Spannung steiler (7, 8) mit einem Transistor (9) verschaltet ist und der Transistor (9) das Fehlersignal erzeugt.

7. Steuereinheit (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung in räumlicher Nähe zu einem Treiber (6) der Steuereinheit (1) angeordnet ist.