DE3346435A1

DE3346435A1 - Schaltungsanordnung zum ein- und ausschalten sowie zum ueberwachen elektrischer verbraucher

Info

Publication number: DE3346435A1
Application number: DE19833346435
Authority: DE
Inventors: Karlheinz 8544 Georgengmünd Arnold; Georg 8431 Berg Haubner; Kurt Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Neuffer; Hartmut 8510 Fürth Zöbl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-12-22
Filing date: 1983-12-22
Publication date: 1985-08-14
Also published as: GB2152305A; GB8431766D0; JPS60153522A; GB2152305B

Description

16.12.1983 Ws/Hm

ROBERT BOSCH GMBH₅ 7OOO STUTTGART 1

Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten sowie zum Überwachen elektrischer Verbraucher

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten sowie zum Überwachen von elektrischen Verbrauchern nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer aus der DE-OS 31 35 805 bekannten Schaltungsanordnung werden elektrische Verbraucher über einen leistungsstarken Feldeffekttransistor geschaltet, der gleichzeitig als Strommeßorgan für den im Verbraucherstromkreis fliessenden Strom verwendet wird. Bei dieser Schaltungsanordnung wird der Feldeffekttransistor durch einen Regelkreis abhängig von der Stromstärke intermittierend geschaltet, wobei die Einschaltphase bei zunehmender Stromstärke im Verbraucherstromkreis durch die Steuerschaltung verringert wird. Bei einem Kurzschluß ist die Einschaltphase so kurz gewählt, daß eine Beschädigung des Feldeffekttransistors vermieden wird. Auf diese Weise wird über den Regelkreis bei der bekannten Schaltung die mittlere Stromstärke auf

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einen vorgegebenen Wert gehalten. Die Schaltungsanordnung läßt sich daher nur für Verbraucher verwenden, die entweder auf einen vorbestimmten Strommittelwert eingeschaltet oder völlig ausgeschaltet sind. Für Verbraucher, bei denen - wie beispielsweise bei Stellmagneten - abhängig vom Strommittelwert eine kontinuierlich veränderbare Einschaltlage gewünscht wird, ist die vorbekannte Schaltungsanordnung nicht verwendbar.

Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, eine Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten sowie zum Überwachen von elektrischen Verbrauchern anzugeben, die sowohl zwischen einer Arbeitsstellung und einer Ruhestellung umschaltbar sind als auch in einer beliebigen Anzahl von Schaltstellungen zwischen der Ein- und Ausschaltstellung betrieben werden können. Für ein auf diese Weise steuerbares Stellglied für die Leerlaufdrehzahlregeleinrichtung einer Brennkraftmaschine ist bereits aus der DE-OS 32 23 bekannt, das Stellglied über eine Schaltstufe von einem Mikrorechner anzusteuern, dessen Steuerimpulse bei konstanter Periodendauer durch veränderbare Impulsbreite die Arbeitslage des Stellgliedes beeinflußt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß unabhängig von der jeweils über die Schalt stufe zu beeinflussende Schaltstellung des Verbrauchers sowohl eine Kurz Schlußüberwachung als auch eine Stromregelung bei zu hohem Strommittelwert gewährleistet ist. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß sowohl die Steuerung des Verbrauchers als auch die Überstrom- und Kurzschluß-Überwachung von ein und demselben Mikrorechner durchgeführt werden kann₃ wodurch eine kostengünstige Lösung gewährleistet ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Dabei ist es besonders vorteilhaft, das Abschaltsignal der Kurzschlußschaltstufe beim Auftreten eines Kurzschlusses im Verbraucherstromkreis vom Mikrorechner so zu verarbeiten, daß lediglich der Verbraucher über die Schaltstufe unverzüglich abgeschaltet wird₉ daß jedoch ein zusammen mit den Steuerimpulsen auftretendes Kontrollsignal (•watchdog) des Mikrorechners zur Überwachung des Programmablaufes weiterhin über die ursprüngliche volle Impulsbreite der Steuerimpulse auftritt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten sowie zum Steuern und überwachen eines Stellmagneten durch einen Mikrorechner und Figur zeigt ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Figur 1.

f~- Beschreibung des Ausführungsbeispieles

In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist als elektrischer Verbraucher ein Stellmagnet 10 zur Leerlaufdrehzahlregelung einer nicht dargestellten Diesel-Brennkraftmaschine vorgesehen und symbolisch als Induktivität dargestellt. Der Stellmagnet 10 ist an die Plusklemme des Kraftfahrzeugbordnetzes anzuschließen. Antiparallel zum Stellmagneten 10 liegt eine Diode 11 für das Freilaufen des Stromes beim Abschalten des Stellmagneten 10. In Reihe zum Stellmagneten 10 liegt eine Transistor-Schaltstufe 12, deren Steueranschluß 12a über

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einen Vorwiderstand 13 und eine Verstärkerstufe Ik mit dem Steuerausgang 15a eines Mikrorechners 15 verbunden ist. An einem weiteren Steuerausgang 15b tritt ein Kontrollsignal (watchdog) auf, das in bekannter Weise (siehe DE-OS 29 03 638) zur Überwachung des Programmablaufs im Mikrorechner zu verwenden ist. Der Schaltstufe 12 ist ferner ein Meßwiderstand 16 nachgeschaltet, dessen der Schaltstufe 12 abgewandter Anschluß auf Masse gelegt ist. Zur Überwachung der Stromstärke des Stellmagneten 10 wird die am Meßwiderstand 16 abfallende, vom Augenblickswert des Verbraueherstromes abhängige Meßspannung über einen Anschluß i6a zwei als Schwellwertschalter arbeitenden Komparatoren 17 und 18 zugeführt, deren Plus-Eingänge auf eine bestimmte Referenzspannung gelegt sind. Die beiden Referenzspannungen werden durch einen Spannungsteiler 19 gewonnen, wobei ein Teilwiderstand 19a an Pluspotential ein weiterer Teilwiderstand 19h zwischen den beiden Komparatoren 17 und und ein dritter Teilwiderstand 19c gegen Masse geschaltet ist. Zum Schutz der Komparatoren 17 und 18 gegen Überspannung wird der die Meßspannung führende Anschluß 16a des Meßwiderstandes 16 über einen Vorwiderstand 20 und eine gegen Masse geschaltete Z-Diode 21 auf 5,1 V begrenzt. Zur Abkopplung von hochfrequenten Störspannungen und-zur Glättung der Meßspannung sind die Minus-Eingänge der beiden Komparatoren 17 und 18 ferner mit jeweils einer RC-Entstörstufe 22 versehen. Der erste Komparator 17 dient als Kurzschlußschaltstufe. Seine Referenzspannung am Plus-Eingang ist auf 1,5 V eingestellt. Der zweite Komparator 18 dient als Überlastschaltstufe; die Referenzspannung an seinem Plus-Eingang wird mit 1,0V entsprechend geringer vorgegeben. Die Ausgänge der Komparatoren 17 und 18 sind jeweils mit einem Signaleingang 15c und 15d des Mikrorechners 15 verbunden. Über einen weiteren

Signaleingang 15e werden dem Mikrorechner 15 Drehzahlsignale zur Messung der Drehzahl der Brennkraftmaschine zugeführt. Zur Erzeugung einer dem Strommittelwert entsprechenden Meßspannung am Minus-Eingang des !Comparators 18 ist diesem noch ein Reihenwiderstand 2k und ein gegen Masse geschalteter Kondensator 25 zur Spannungsglättung vorgeschaltet.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Figur 1 soll im folgenden mit Hilfe der in Figur 2 dargestellten Signale näher erläutert werden. Auf der ersten Zeitachse a sind Steuersignale Is dargestellt, die am Ausgang 15a des Mikrorechners 15 auftreten. Die Steuersignale Is ha"ben eine konstante, vom Mikrorechner 15 vorgegebene Frequenz von f=60 Hz. Ihre Periodendauer To "besteht aus 256, vom Mikrorechner 15 laufend abzuarbeitenden Zeitinkrementen, wobei Zeitinkremente für die Impulsbreite jeweils vom Mikrorechner in Abhängigkeit von der gemessenen Drehzahl laufend neu berechnet wird. Aufgrund der Frequenz und der Breite der Steuerimpulse Is ergibt sich für den Stellmagneten eine durch den Strommittelwert bestimmte Position, durch die eine für den Leerlauf der Brennkraftmaschine benötigte Kraftstoffmenge so dosiert wird, daß die Brennkraftmaschine auf eine Leerlaufdrehzahl von βΟΟ min geregelt wird. Fällt die Leerlaufdrehzahl z.B. aufgrund einer Belastung der Brennkraftmaschine unter βΟΟ min , so wird dies vom Mikrorechner 15 erfaßt, die Impulsbreite der Steuerimpulse Is wird größer, demzufolge vergrößert sich der Strommittelwert und der Stellmagnet 10 öffnet den Kraftstoffkanal ein wenig mehr, so daß die der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellte Kraftstoffmenge zur Anhebung der Drehzahl zunimmt. Umgekehrt wird bei zu hoher Leerlaufdrehzahl die Impulsbreite der Steuerimpulse Is verkleinert und damit die Kraft stoffzufuhr entsprechend gedrosselt.

Auf der zweiten Zeitach.se b ist der im Stellmagnet 10 fließende Strom i aufgetragen, der im Meßwiderstand 16 einen entsprechend verlaufenden Spannungsabfall erzeugt. Auf der dritten Zeitachse C ist das Kontrollsignal wd (watchdog) am Ausgang 15b des Mikrorechners 15 dargestellt. Im ersten Zeitabschnitt A arbeitet die Schaltungsanordnung nach Figur 1 störungsfrei. Der entsprechende Spannungsabfall am Meßwiderstand 16 gelangt über den Vorwiderstand 20 und die RC-Entstörstufen 22 auf die-Minus-Eingänge der beiden Komparatoren 17 und Am Komparator 18 wird jedoch der Anstieg der Meßspannung durch die Aufladung des Kondensators 25 bedämpft. Da der Strommittelwert Im bei normalem Betrieb unterhalb eines kritischen Wertes für eine Überlastung des Stellmagneten 10 liegt, sprechen die beiden Komparatoren 17 und 18 nicht an. Da der Mikrorechner während eines jeden Steuerimpulses Is zu einem ersten Zeitpunkt ti ί+0/us nach Beginn des Steuerimpulses den Ausgang des Komparators 17 abfragt, wird folglich im Normalzustand am Eingang 15c des Mikrorechners 15 ein O-Signal eingelesen. In gleicher Weise wird während eines jeden Steuerimpulses Is zu einem zweiten Zeitpunkt t2 8.00 /Us nach Beginn des Steuerimpulses der Ausgang des zweiten Komparators 18 abgefragt und am Eingang 15d des Mikrorechners 15 wird folglich, im Normalfall ebenfalls ein 0-Signal eingelesen. Solange die Komparatoren 17 und 18 zu den Zeiten ti und t2 nicht angesprochen haben, gibt der Mikrorechner 15 die Steuerimpulse Is. in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine aus. Der berechnete Wert für die Impulsbreiten kann dabei gegebenenfalls auch durch weitere Parameter wie Lufttemperatur oder Motortemperatur über den Rechner 15 beeinflußt werden.

Im Zeitabschnitt B ist nun der Fall dargestellt, bei dem im Stromkreis des Stellmagneten 10 ein Kurzschluß auftritt. Der Strom i nimmt einen sehr hohen Wert an und am Meßwiderstand 16 tritt nun ein entsprechend ■hoher Spannungsabfall auf, der über den Vorwiderstand 20 und die Entstörstufe 22 zum Minus-Eingang der Komparatoren 17 und 18 gelangt. Dabei spricht zunächst der Komparator 17 an. Zum Zeitpunkt ti wird am Eingang 15c des Mikrorechners 15 ein 1-Signal eingelesen. Das Programm des Mikrorechners 15 ist so gestaltet, daß beim Einlesen des 1-Signals zum Zeitpunkt ti am Eingang 15c der Steuerimpuls Is am Ausgang 15a vom Mikrorechner 15 unverzüglich abgeschaltet wird. Folglich wird über den Verstärker lh auch die Schaltstufe 12 und damit der Stellmagnet 10 abgeschaltet. Das synchron mit den Steuerimpulsen Is abgegebene Kontrollsignal wd des Mikrorechners 15 am Ausgang 15b wird jedoch auch beim Ansprechen des Komparators 17 über die ursprüngliche volle Impulsbreite weiterlaufen, so daß sichergestellt ist, daß durch das Kontrollsignal wd nur eine Störung im Programmablauf des Mikrorechners 15 erfaßt wird. Der beschriebene Vorgang wiederholt sich mit dem Beginn eines jeden weiteren Steuerimpulses Is. Durch eine entsprechende Programmierung kann jedoch die Schaltstufe 12 vom Mikrorechner 15 beim Auftreten eines Kurzschlusses, nach einer bestimmten Anzahl von Steuerimpulsen endgültig abgeschaltet werden und der Kurzschluß kann über einen weiteren, nicht dargestellten Signalausgang des Mikrorechners 15 angezeigt werden. Aufgrund der kurzen Einschaltdauer bei Kurzschluß und der mit Beginn eines jeden Steuerimpulses erneuten Aufladung des Kondensators 25 wird der zweite Komparator 18 nicht mehr umgeschaltet.

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Im Zeitabschnitt C ist angenommen, daß der Strommittelwert Im eine zulässige Höchstgrenze überschreitet. Der entsprechende Spannungsabfall am Meßwiderstand 16 bringt den Komparator 17 nicht zum Ansprechen, da seine Referenzspannung höher liegt. Der Komparator 18 mit der niederen Referenzspannung am Plus-Eingang hat dagegen zum Zeitpunkt t2 des Steuerimpulses Is angesprochen und es wird daher am Eingang 15d des Mikrorechners 15 ein 1-Signal eingelesen. Aufgrund dieses Signales werden nun durch ein entsprechend gestaltetes Programm des Mikrorechners 15 mit dem nächsten Programmdurchlauf die folgenden Steuerimpulse um ein Zeitinkrement Δι verkürzt. Dadurch wird der Strommittelwert Im ebenfalls etwas verringert. Ist der Strommittelwert Im auch dann noch so hoch, daß bei den Steuerimpulsen Is zum Zeitpunkt t2 der Komparator 18 weiterhin ein 1-Signal abgibt, so werden im nachfolgenden Programmdurchlauf die Steuerimpulse wiederum um ein Zeitinkrement Δι verringert. Auf diese Weise soll der Strommittelwert des Stellmagneten 10 allmählich wieder bis auf einen zulässigen Wert abgesenkt werden. Da während eines Programmdurchlaufs eine Vielzahl von Steuerimpulsen Is über den Ausgang 15a <les Mikrorechners 15 ausgegeben werden, wird die Impulsbreite der Steuerimpulse Is beim Ansprechen des Komparators 18 jeweils erst mit dem Beginn eines neuen Programmdurchlaufs um ein Zeitinkrement Δt verringert. In Figur 2 ist jedoch in vereinfachter Weise in den Zeitabschnitten B und C nur jeweils ein Steuerimpuls Is für einen Programmdurchlauf dargestellt. Unter Umständen kann es auch zweckmäßig sein, daß eine Verringerung der Impulsbreite durch den Mikrorechner 15 nur dann erfolgt, wenn der Komparator 18 bei mehreren aufeinanderfolgenden Steuerimpulsen Is

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angesprochen hat. Im Beispielsfall wird der Strommittelwert erst dann heruntergeregelt_s wenn der Mikrorechner 15 während 10 Meßzyklen ein Überschreiten des zulässigen Wertes von 2,3/4 festgestellt hat. Auf diese Weise wird eine unerwünschte schnelle Absenkung des Strommittelwertes Im am Stellmagneten 10 verhindert. Die Kurschlußabschaltung ist am Komparator 17 auf einen Stromwert von = 10/4 eingestellt .

- Leerseite -

Claims

Ansprüche

. Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten sowie zum Überwachen -von elektrischen Verbrauchern mit einer Schaltstufe, die von einem Mikrorechner mit Steuerimpulsen von konstanter Periodendauer und veränderbarer Impulsbreite angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) an einem Meßwiderstand (1Ö) im Verbraucherstromkreis eine vom Augenblickswert des Verbraucherstromes (i) abhängige Meßspannung zwei Schwellwertschaltern (17₅ 18) zugeführt ist, von denen der eine als Überlastschaltstufe (18) auf einen maximal zulässigen Strommittelwert (im) und von denen der andere als Kurzschlußschalt stuf.e (17.) auf einen zulässigen Einschaltstromwert eingestellt ist, daß

b) der Mikrorechner (15) zu einem ersten Zeitpunkt (ti) während eines jeden Steuerimpulses (Is) den Ausgang der Kurzschlußschaltstufe (17) abfragt und beim Ansprechen der Schaltstufe (17) den Steuerimpuls (Is) unverzüglich abschaltet und daß

c) der Mikrorechner (15) zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) während eines Steuerimpulses (Is) den Ausgang der überlastschaltstufe (18) abfragt und beim Ansprechen der Schaltstufe (18) die Impulsbreite nachfolgender Steuerimpulse (Is) um einen festen Betrag

(Δt) verringert.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrorechner (15) die Impulsbreite der Steuerimpulse (Is) beim Ansprechen der Überlastschaltstufe (18) erst mit Beginn eines neuen Programmdurchlaufs verringert.
3. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein synchron mit den Steuerimpulsen (Is) abgegebenes Kontrollsignal ("Wd) des Mikrorechners (15) zur Überwachung des Programmablaufs auch beim Ansprechen der Kurzschlußschaltstufe (17) über die ursprüngliche volle Impulsbreite auftritt. /[-Jj