DE4035571A1 - Selbstdiagnoseschaltung fuer eine laststeuerschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Selbstdiagnoseschaltung für eine Laststeuerschaltung, die den Zustand einer an eine Last angeschlossenen Treiberleitung erfaßt und eine Lasttreiberschaltung dadurch schützt, daß Transistoren in der Lasttreiberschaltung ausgeschaltet werden, wenn ein Erdungsfehler auftritt, wobei im Fall eines Fehlers, aufgrunddessen die Last nicht normal arbeitet, an­ sprechend auf ein Steuersignal ein dem Inhalt dieses Fehlers entsprechender Prozeß ausgeführt wird und der Inhalt dieses Fehlers gespeichert und/oder über eine Anzeige nach außen bekanntgegeben wird.

Bei einer Laststeuerschaltung, die den Betrieb einer Last durch Einschalten/Ausschalten eines Treibersignals für die Last steuert, muß man Maßnahmen treffen, durch die verhindert wird, daß die Laststeuerschaltung Schaden erleidet und eine daran angeschlossene Last fehlerhaft arbeitet, was möglicherweise zu einem ge­ fährlichen Zustand führen könnte, wenn ein Fehler in einem Schaltkreis auftritt, welcher die Last mit der Laststeuerschaltung verbindet.

In einer Lasttreibersteuerschaltung zum Treiben und Steuern von Hilfsgeräten wie z. B. einer in einem Fahr­ zeug montierten Klimaanlage oder dergl. wird z. B. dann, wenn in der Lasttreibersteuerschaltung selbst ein Fehler entsteht, eine daran angeschlossene Last (z. B. ein Relais oder dergl.) fehlerhaft arbeiten, demzu­ folge nicht nur der gewünschte Betriebsablauf ausbleibt, sondern außerdem Bauelemente der Steuerschaltung beschädigt werden können und sogar eine Gefahr für die Batterie durch überstarken Strom entsteht.

Fig. 4 zeigt einen Schaltplan eines Beispiels für eine Art herkömmlicher Steuerschaltungen. Die Schaltung enthält einen Steuertransistor Tr1, einen Treiber­ transistor Tr2, Widerstände R1 bis R6, einen Kondensator T, Dioden D1 bis D3, einen Zenerdiode ZD, eine Last RL und eine Ausgangsleitung DL. Weiterhin bezeichnen SC ein Steuersignal, SD ein Diagnosesignal und V1 eine Spannungsversorgung (+12V).

Wenn kein Steuersignal SC eingegeben wird, während die Versorgungsspannung +V anliegt (niedriger Pegel: Aus- Zustand), ist der Steuertransistor Tr1 ausgeschaltet.

Folglich befindet sich der Treibertransistor Tr2 im Aus-Zustand, und in die Last R11 fließt kein Treiber­ strom. Wenn das Steuersignal SC eingegeben wird (hoher Pegel: Ein-Zustand), wird der Steuertransistor Tr1 eingeschaltet und mithin auch der Treibertransistor Tr2 eingeschaltet. Aufgrund der Tatsache, daß der Treibertransitor Tr2 eingeschaltet ist, wird Treiber­ strom von der Spannungsversorgung V über die Ausgangs­ leitung DL in die Last RL eingespeist. Jetzt wird ein Selbstdiagnosesignal SD erhalten durch Teilen des Potentials +V durch Widerstände, nämlich die Wider­ stände R2, R1, R3 und die Last RL.

Wenn nun das Steuersignal SC niedrigen Pegel hat (nicht-treibender Zustand) und die Last RL normal angeschlossen ist, wird das Potential an dem Punkt G durch den Gesamtwiderstand der Widerstände R1, R2 und der Last RL nach unten gezogen. Es beträgt daher etwa OV, und das Selbstdiagnosesignal am Ausgangsanschluß für das Selbstdiagnosesignal beträgt ebenfalls etwa OV. Auch im Zustand des offenen Kontakts, in welchem die Last RL von der Ausgangsleitung DL getrennt ist, beträgt das Potential am Punkt G, weil es von den Widerständen R1 und R2 nach unten gezogen wird, etwa OV, ebenso wie das Selbstdiagnosesignal SD etwa OV beträgt.

Wenn andererseits das Steuersignal SC angelegt wird (hoher Pegel: Treiberzustand), während der Zustand eines Masse-Kurzschlusses existiert, bei dem das Potential der Treiberleitung DL auf das Potential der Masseleitung (GND) abfällt, befindet sich das Basis­ potential des Transistors Tr1 auf Massepegel, und der Transistor wird ausgeschaltet. Folglich wird der Treibertransistor Tr2 ausgeschaltet, so daß die Zerstörung dieses Transistors vermieden wird. Da nun der Punkt G Massepotential hat, hat auch das Selbst­ diagnosesignal OV.

Auf diese Weise ist es möglich, eine Unterscheidung zu treffen zwischen einem Masse-Kurzschluß, bei dem das Potential der Treiberleitung für die Last RL auf das Potential der Masseleitung abfällt, dem Fehler eines offenen Kontakts, bei dem die Treiberleitung geöffnet ist, und dem Normalzustand, indem der Pegel des Steuersignals auf den Zustand hoch oder niedrig, und das Potential des Selbstdiagnosesignals SD über­ wacht wird.

Mit der herkömmlichen Methode ist es nicht möglich, zu unterscheiden zwischen einem Masse-Kurzschluß der Treiberleitung DL im Nicht-Treiberzustand (SC hat niedrigen Pegel), wenn kein Steuersignal angelegt wird, und dem Fehler eines offenen Kontakts der Treiber­ leitung, wie er oben erläutert wurde, und bei dem das Steuersignal in diesem Zustand angelegt wird, wobei die Treibersteuerschaltung mit dem darin befindlichen Treibertransistor im Fall eines Masse- Kurzschlusses beschädigt wird. Weiterhin ist es not­ wendig, einen Versorgungsspannungs-Kurzschluß für die Versorgungsspannung +V festzustellen, wobei dann die Treiberleitung DL mit der +V-Spannungsversorgung kurzgeschlossen ist. Speziell verursacht ein solcher +V-Kurzschluß die Beschädigung der Treibersteuer­ schaltung, und gleichzeitig entsteht eine extrem gefährliche Situation dadurch, daß die Last ange­ steuert wird, obschon das Steuersignal niedrigen Pegel hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Selbstdiagnose­ schaltung für eine Laststeuerschaltung anzugeben, die die oben aufgezeigten Probleme der herkömmlichen Schaltung löst, den Zustand der Leitung (Treiber­ leitung) erfaßt, welche die Last mit der Laststeuer­ schaltung verbindet, um die Lasttreibersteuerschaltung zu schützen, wenn Fehler entstehen, und um gleichzeitig die Art des entstandenen Fehlers zu speichern und/oder über eine Anzeige eine Information nach außen zu geben.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß erfaßt eine Selbstdiagnoseschaltung den Zustand der die Last mit der Laststeuerschaltung verbindenden Treiberleitung, wobei eine Konstant­ spannungsversorgung eine geregelte konstante Spannung abgibt, das Einschalten/Ausschalten des Laststeuer­ signals auf der Grundlage des Dianose-Ausgangssignals der Selbstdiagnoseschaltung gesteuert wird, und ein Speicherabschnitt die durch Diagnostizieren des des Zustands der Last erhaltenen Resultate speichert oder ein Anzeigeabschnitt den Zustand der Last nach außen signalisiert.

Der Zustand der mit der Last verbundenen Treiberleitung wird beurteilt unter Verwendung der Spannungen von der Treibersteuerschaltung, welche die Selbstdiagnose­ schaltung enthält, der die lasttreibende Spannungsver­ sorgung, und der Konstantspannungsversorgung, die in der Selbstdiagnoseschaltung enthalten ist, wobei weiterhin der hohe/niedrige Pegel des Steuersignals zugrundegelegt wird. Auf der Grundlage des Beurtei­ lungsergebnisses wird bei Bedarf die Ausgabe des Steuersignals gesteuert und weiterhin der Zustand der Fehler auf der Grundlage des Beurteilungser­ gebnisses gespeichert/angezeigt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild eines konkreten Beispiels für den Selbstdiagnoseabschnitt in Fig. 1;

Fig. 3 eine Übersicht über die Beurteilungskriterien des Beurteilungsabschnitts auf der Grundlage des ausgegebenen Selbstdiagnosesignals und des Zustands des Steuersignals; und

Fig. 4 ein Schaltbild eines Beispiels für einen Typ herkömmlicher Laststeuerschaltung.

Gemäß Fig. 1 sind vorgesehen: ein Steuerschaltungs­ abschnitt 1, ein Selbstdiagnoseabschnitt 2, bestehend aus einer Lasttreibersteuerschaltung und einer Selbst­ diagnoseschaltung, eine Last 3, ein Laststeuersignal- Ausgabeabschnitt 10, einen Analog/Digital-Umsetzab­ schnitt (A/D) 11, einen Beurteilungsabschnitt 12, einen Fehlerspeicherabschnitt 13 und einen Anzeige­ abschnitt 14.

In der Zeichnung ist die Last 3 z. B. ein Relais zum Steuern von Zusatzeinrichtungen in einem Kraftfahr­ zeug, z. B. einer Klimaanlage, die von dem Laststeuer­ signal SC getrieben werden, welches von dem Laststeuer­ signal-Ausgabeabschnitt 10 innerhalb des Steuerschal­ tungsabschnitts 1 erzeugt wird. Der Selbstdiagnoseab­ schnitt 2 gibt ein Potential-Signal an den A/D 11, welches dem Zustand der Last entspricht (Zustand der Treiberleitung DL). Der A/D 11 setzt das eingegebene analoge Potential-Signal in ein digitales Signal um, welches an Beurteilungsabschnitt 12 gegeben wird.

Der Beurteilungsabschnitt 12 bildet auf der Grund­ lage des Laststeuersignals SC und des von dem Selbst­ diagnoseabschnitt 2 ausgegebenen Ausgangssignals eine auszugebende Beurteilung. Wenn der Beurteilungsabschnitt 12 einen Fehler erkennt, so wird dieses Beurteilungs­ ergebnis in der Speicherschaltung innerhalb des Fehlerspeicherabschnitts 13 gespeichert, und gleich­ zeitig wird der Fehlerzustand in dem Anzeigeabschnitt 14 angezeigt, um den Benutzer zu informieren. Falls dieser Fehlerzustand eine Beschädigung des Selbst­ diagnoseabschnitt oder der Last ist oder ein Zustand ist, in welchem die Last in unerwünschter Weise getrieben wird, wird ein Sperr-Ausgangssignal SF an den Laststeuersignal-Ausgabeabschnitt 10 gegeben, welches das Laststeuersignal LC sperrt, um die Ausgabe des Laststeuersignals zu unterbrechen (hoher Pegel = Treibersignal).

Obschon sowohl Speicherabschnitt als auch Anzeigeab­ schnitt vorgesehen sind, kann man auf einen dieser beiden Abschnitte auch verzichten. Die Tatsache der Speicherung eines entstandenen Fehlers im Speicherabschnitt läßt sich ausnutzen, um das Treiben der Last dadurch anzu­ halten, daß der Speicherinhalt beim nächsten Einschalten der Spannungsversorgung ausgelesen wird. Auch kann die Aufzeichnung des Fehlers für Wartungszwecke proto­ kolliert werden. Andererseits ist der Anzeigeabschnitt für den Benutzer insoweit nützlich, als der Benutzer gegebenenfalls geeignete Maßnahmen beim Auftreten eines Fehlers ergreifen kann.

Fig. 2 ist eine Schaltungsskizze, die ein konkretes Beispiel des in Fig. 1 dargestellten Selbstdiagnose­ abschnitts zeigt. Eine Konstantspannungsversorgung 15 besteht aus einer geregelten Spannungsversorgung, so daß deren Ausgangssignal eine konstante Spannung (+V2) ist. Außer einem Widerstand R7 und einer Diode D4 sind noch die bereits in Fig. 4 dargestellten und oben erläuterten Teile der Schaltung vorhanden.

Wenn der Steuertransistor Tr1 und der Treibertran­ sistor Tr2 durch die Eingabe des Lasttreibersignals (ein Signal mit hohem Pegel) des Steuersignals SC eingeschaltet werden, fließt elektrische Leistung von der Treiberversorgungsspannung +V1 (+12V) über die Treiberleitung DL in Last RL. Da der Betrieb beim Treiben der Last RL der gleiche ist, wie er oben anhand der Fig. 4 erläutert wurde, soll eine noch­ malige Beschreibung entfallen.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich neben der Treiberversorgungsspannung +V1 die geregelte Konstantspannungsversorgung 15, so daß deren Aus­ gangssignal eine konstante Spannung ist, die z. B. +5V beträgt. Durch Verbinden dieser Versorgungsspannung V2 mit der Ausgangsanschlußleitung der Treiberleitung DL über eine Serienschaltung, die aus dem Widerstand R7 und der Diode D4 besteht, läßt sich zusätzlich zu dem Erkennen eines offenen Kontakts und des Kurz­ schlusses der Treiberleitung DL der Fehlerzustand eines Kurzschlusses mit der +V1-Versorgungsspannungs­ leitung (hier +V12V) (der +V1-Kurzschluß wird im folgenden einfach als +12V-Kurzschluß bezeichnet) erkannt, was gespeichert/angezeigt werden kann.

Im folgenden soll anhand der Fig. 2 das Ausgangssignal der Selbstdiagnoseschaltung erläutert werden, welches verschiedenen Fehlern entspricht, und außerdem soll die Arbeitsweise der Schaltung unter Verwendung des Ausgangssignals erläutert werden.

• 1) Falls die das Treibersignal an die Last RL liefernde Treiberleitung DL - ungeachtet des Vorhandenseins oder des Fehlens des Steuersignals SC - aus irgendeinem Grund mit der Masseleitung kurzgeschlossen wird (GND = niedriger Pegel: L-Pegel) (Massekurzschluß), so besteht die Gefahr, daß ein sehr starker Strom durch den Treibertransistors Tr2 fließt und diesen zerstört. Um das zu verhindern, wird erfindungsgemäß die in der Zeichnung dargestellte Schaltung in der nach­ folgend erläuterten Weise eingesetzt, was hier als Schutz-Betriebsart bezeichnet werden soll.

Wenn das Potential der Treiberleitung DL auf Masse­ pegel (L-Pegel) abfällt, beträgt der Pegel am Punkt A in Fig. 2 Massepotential (GND). Demnach ist auch der Punkt E auf L-Pegel, und der Steuertransistor Tr1 wird ausgeschaltet. Damit hat der Punkt F hohen Pegel (H-Pegel), und der Treibertransistor Tr2 wird ausge­ schaltet. Demzufolge wird die Zerstörung des Treibertransistors Tr2 verhindert. Man erreicht also einen Kurzschlußschutz.

• 2) Als nächstes soll das Erkennen von Fehlern in der Lasttreibersteuerschaltung sowie dessen Betrieb für den Zustand des hohen/niedrigen Pegels des Steuer­ signals SC erläutert werden. Dies wird im folgenden als Fehler-Betriebsart bezeichnet, um eine Unter­ scheidung bezüglich der Erläuterung der Schutz- Betriebsart gemäß (1) zu treffen.

In der Fehler-Betriebsart gibt es drei verschiedene Varianten, nämlich "1" die Massekurzschluß-Variante, "2" die +12V-Kurzschluß-Variante und die "3" Offener- Kontakt-Variante.

Zunächst wird die Massekurzschluß-Variante "1" erfaßt, wenn das Steuersignal SC hohen Pegel hat (ein Zustand, in dem die Last RL getrieben wird). Wenn die Treiber­ leitung DL im Ein-Zustand ist (ein Treiber ist vor­ handen) und ein Kurzschluß bezüglich Masse stattfindet, hat der Punkt C in der Schaltung nach Fig. 2 niedrigen Pegel. Folglich hat der Punkt D niedrigen Pegel, und das Selbstdiagnosesignal SD hat niedrigen Pegel, im vorliegenden Fall etwa 0V.

Die +12V-Kurzschluß-Variante "2" wird erfaßt, wenn das Steuersignal SC niedrigen Pegel hat (ein Zustand, in welchem das RL nicht angesteuert wird). Wenn die Treiberleitung DL mit +12V kurzgeschlossen wird, beträgt der Pegel am Punkt C in Fig. 2 dann +12V. Bei angenommenen Widerstandswerten von R1 = 6,8 kΩ und R2 = 2kΩ, beträgt der Pegel VD am Punkt D:

Dieses Potential wird als Selbstdiagnosesignal SD für diesen Fehler ausgegeben.

Die Offener-Kontakt-Variante "3" wird erfaßt, wenn das Steuersignals SC niedrigen Pegel hat (ein Zustand, in welchem die Last RL nicht angesteuert wird), und in dem Fall, daß die Treiberleitung DL einen offenen Zustand einnimmt. Wenn man nun annimmt, daß der Durch­ laßspannungsabfall der Diode D4 VRF = 1,0V betrage, so errechnet sich der Potentialpegel VB(C) am Punkt B(C) in Fig. 2 wie folgt:

VB(C) = 5 - VRF 4.0V

während der Potentialpegel VD am Punkt D

beträgt. Dieses Potential wird als Selbstdiagnosesignal SD jetzt ausgegeben.

Normalerweise beträgt es 0,2V.

Fig. 3 ist eine Übersicht über die Kriterien, anhand derer der Beurteilungsabschnitt 12 in Fig. 1 Fehler auf der Grundlage des ausgegebenen Selbstdiagnose­ signals und des Zustands des Steuersignals (Treiben/ Nicht-Treiben: hoher/niedriger Pegel) erkennt. Es wird erkannt, daß, wenn das Steuersignal SC hohen Pegel hat und das Selbstdiagnosesignal SD unter 1,0V liegt, ein Masse-Kurzschlußfehler vorliegt. Wenn das Steuersignal SC niedrigen Pegel hat und das Selbst­ diagnosesignal SD oberhalb 2,0V und unterhalb 3,0V liegt, so bedeutet dies einen +12V-Kurzschlußfehler. Wenn das Steuersignal SC niedrigen Pegel hat und das Selbstdiagnosesignal SD oberhalb von 0,5V und unter­ halb von 1,5V liegt so handelt es sich um einen Offener-Kontakt-Fehler. Die Art der jeweiligen Fehler wird dem Fehlerspeicherabschnitt 13 gespeichert oder im Anzeigeabschnitt 14 dargestellt. Man kann auch in dem Speicherabschnitt 13 speichern und gleichzeitig in der Anzeigevorrichtung 14 eine Anzeige bringen.

Wie aus der obigen Erläuterung hervorgeht, ist es erfindungsgemäß möglich, eine Selbstdiagnoseschaltung für eine Laststeuerschaltung zu schaffen, die in der Lage ist, zu diagnostizieren, daß die Treiberleitung mit der Treiberversorgungsspannung kurzgeschlossen ist, zusätzlich zu der Diagnose eines offenen Schalt­ kreises und eines Massekurzschlusses der mit der Last verbundenen Treiberleitung, um auf diese Weise die Lasttreibersteuerschaltung zu schützen, wenn Fehler auftreten, wobei gleichzeitig die Art der erzeugten Fehler gespeichert wird und/oder über eine Anzeige­ vorrichtung eine externe Anzeige erzeugt wird.

Claims (2)

1. Selbstdiagnoseschaltung für eine Laststeuer­ schaltung, mit einem Steuerschaltungsabschnitt (1), der mindestens einen Laststeuersignal-Ausgabeabschnitt (10) und einen Fehlerbeurteilungsabschnitt (12) auf­ weist, und mit einem Selbstdiagnoseabschnitt (2), der eine Selbstdiagnoseschaltung enthält, die ein den Zustand einer Treiberleitung (DL) kennzeichnendes Selbstdiagnosesignal (SD) ausgibt, wobei die Treiber­ leitung (DL) einer Last ein Treibersignal zuführt und gleichzeitig die Last aufgrund eines von dem Last­ steuersignal-Ausgabeabschnitt (10) abgegebenen Last­ steuersignals (SC) anschließt, wobei eine Konstant­ spannungsversorgung (+V1), welche eine konstante, geregelte Spannung liefert, neben der Arbeitsspannungs­ versorgung (+V2) für die Last (RL) in der Selbst­ diagnoseschaltung angeordnet ist, und der Beurteilungs­ abschnitt (12) einen Kurzschluß der Treiberleitung (DL) mit der Leitung der Treiberspannungsversorgung erkennt durch den Treiberpegel des Laststeuersignals (SC) unter Verwendung der Konstantspannungsversorgung (+V1) und des Potentialpegels auf der Treiberleitung (DL).

2. Selbstdiagnoseschaltung für eine Laststeuer­ schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beurteilungsabschnitt (12) einen Kurzschluß­ fehler und einen Offener-Kontakt-Fehler der Treiber­ leitung (DL) erkennt, wobei die Masseleitung den Nicht-Treiber-Pegel des Laststeuersignals (SC) auf­ weist.