DE4215075A1

DE4215075A1 - Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung und fehlerrueckmeldung eines elektrischen bauelements

Info

Publication number: DE4215075A1
Application number: DE4215075A
Authority: DE
Inventors: Peter Michael Bielig
Original assignee: Knorr Bremse AG
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1992-05-07
Publication date: 1993-09-09
Anticipated expiration: 2012-05-08
Also published as: DE4215075C2; DE59208929D1

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Ansteuerung und Fehlerrückmeldung eines elektrischen Bauelements, insbesondere mit einem integrierten Leistungsschalter, der neben einer Zustandrückmeldung auch die Möglichkeit der Ansteuerung durch zwei Mikroprozessoren bietet und dennoch mit einem fünfpoligen Gehäuse auskommt.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind in sicherheitsrelevanten Systemen, z. B. in Antiblockiersystemen in Kraftfahrzeugen bekannt und sind häufig als zwei Prozessorsysteme ausgebildet. Bei diesen Zweiprozessorsystemen wirkt jeder der beiden Prozessoren steuernd auf die Leistungsendstufen zur Ansteuerung der Aktuatoren ein. Die Aktuatoren können beispielsweise Magnetventile sein. Aus Gründen der Sicherheit muß sich hierbei der Prozessor durchsetzen, der die Leistungsendstufe abschalten soll. Gleichzeitig ist eine Rückmeldeleitung von der Leistungsendstufe zu einem oder beiden Mikroprozessoren notwendig, um Betriebs- und Fehlerzustände der Ausgänge bzw. der Last zu erkennen um darauf reagieren zu können.

Im Stand der Technik sind Schaltungen bekannt, in denen dem Steuereingang der Leistungsendstufe ein Gatterbaustein vorgeschaltet wird, der die Steuersignale der beiden Mikroprozessoren miteinander verknüpft. Hierbei wird es als nachteilig empfunden, daß neben dem erhöhten Bauteilaufwand ein Fehler am Steuereingang der Leistungsendstufe die Steuersignale beider Prozessoren unwirksam macht.

Eine weitere übliche Variante der bekannten Schaltungen besteht in der Verwendung einer Leistungsendstufe mit einer größeren Anzahl von Anschlüssen, um neben der Rückmeldeleitung zwei Steuerleitungen zur Verfügung zu haben. Hierbei wirkt sich die erhöhte Anzahl der Anschlüsse einerseits kostenungünstig und andererseits als technisch schwieriger zu verarbeiten aus.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die es gestatten, einen integrierten Baustein einfach und kostengünstig herzustellen, daß dadurch die Anzahl der Anschlußkontakte des Bausteins herabgesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und 10 gelöst.

Demnach ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung und Fehlerrückmeldung eines elektronischen Bauelements mit zwei Steuereingängen an mindestens einen Mikrocomputer, dem zwei Steuerleitungen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Steuerleitung Signale unidirektional übertragen werden und auf der zweiten Steuerleitung die Signale bidirektional übertragen werden, wobei die zweite Steuerleitung auch als Zustandsrückmeldeleitung verwendet wird.

Der erfindungsgemäße, nach dem obigen Verfahren arbeitende integrierte fünfpolige Leistungsschalter, der insbesondere durch einen ersten Mikrocomputer und einen zweiten Mikrocomputer angesteuert wird und zwei Steuereingänge aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der eine Steuereingang unidirektional und der zweite Steuereingang bidirektional ausgebildet ist, wobei der zweite Steuereingang als Zustandsrückmeldeanschluß verwendet wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Fehlerrückmeldung eines elektrischen Bauelements erweist es sich erfindungsgemäß als äußerst vorteilhaft, eine der Steuerleitungen bidirektional auszulegen, wobei es günstig ist, die Versorgungsspannung des oder der Mikroprozessoren als den sogenannten HIGH-Pegel (U₁) heranzuziehen und als Eingangs-LOW-Pegel (U₃) eine Spannung zu definieren, die kleiner als der Ausgangs-LOW-Pegel (U₂) ist.

Von besonderer Wichtigkeit für die vorliegende Erfindung ist es, daß der bidirektionale Anschluß in der Lage ist, mindestens zwei unterschiedliche sogenannte LOW-Pegel (U₂, U₃) zu unterscheiden. Als besonders vorteilhaft für die vorliegende Erfindung wirkt es sich dabei aus, daß die zu vergleichenden Spannungspegel am Komparator mittels zweier Spannungsteiler (R₁, R₂; R₃, R₄) definiert werden. Dabei wird die Vergleichsspannung am Komparator durch den Spannungsteiler mit den Widerständen R₃ und R₄ gebildet, die dadurch entstehende Spannung U₄ soll zwischen der ersten LOW-Pegel-Spannung (U₂) und der zweiten LOW-Pegel-Spannung (U₃) liegen. Ein weiterer entscheidender Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß eine Rückmeldelogik einen Transistor schaltet, der bei Durchgang die bidirektionale Steuerleitung hochlegt, d. h. auf einen HIGH-Pegel bringt.

Je nach Zustand der Rückmeldelogik wird demnach der Transistor gesperrt oder durchgeschaltet. Der Zustand der Rückmeldelogik richtet sich nach dem augenblicklichen Betriebs- oder Fehlerfall des Leistungsschalters bzw. der Last.

Vorteilhaft für die vorliegende Erfindung wirkt sich ferner die Tatsache aus, daß die Steuerleitungen des integrierten Leistungsschalters intern mittels einer Logik derart verknüpft sind, daß ein Signal zum Sperren des Leistungsausgangs bevorzugt wird und sich unabhängig vom Pegel der anderen Steuerleitung stets durchsetzt, so daß die verwendeten Mikroprozessoren unabhängig voneinander den sicheren, d. h. den abgeschalteten Zustand der Leistungsendstufe herbeiführen können.

Durch diese erfindungsgemäße Ausführungsform eines integrierten Leistungsschalters, bei dem eine Steuerleitung Signale bidirektional übertragen kann, ist es möglich, diese Leitung sowohl als Steuer-, als auch als Rückmeldeleitung zu verwenden. Darüber hinaus wird hierdurch die Möglichkeit eröffnet, den erfindungsgemäßen integrierten Leistungsschalter in einem fünfpoligen Standardgehäuse unterzubringen.

Weitere vorteilhafte erfindungserhebliche Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im nun folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen integrierten fünfpoligen Leistungsschalters (1);

Fig. 3 ein Pegel-Diagramm, bei dem auf der Ordinate die Pegelspannungen aufgezeichnet sind und auf der Abszisse der Zustand der bidirektionalen Steuerleitung.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild mit den wesentlichen Bauelementen. Die erfindungsgemäße integrierte Leistungsendstufe 1 weist einen Hauptsteuereingang 4 zur Ansteuerung durch den Mikroprozessor 2 und einen Rückmeldeanschluß 5 auf. Die Rückmeldeleitung 5 bzw. der Rückmeldeanschluß 5 meldet einem oder beiden Mikroprozessoren 2, 3 den Zustand der Endstufe, bzw. den Zustand der gewählten entsprechenden Last 7. Insbesondere werden Fehlerfälle, wie Leitungsunterbrechung, Kurzschluß nach Masse oder Kurzschluß nach Versorgungsspannung an die Mikroprozessoren über die bidirektionale Übertragungsleitung 5 gemeldet.

Da die eine Leitung 5 bidirektional ausgebildet ist, kann diese Steuerleitung 5 vom Mikroprozessor 3 sowohl als Steuerleitung als auch als Rückmeldeleitung verwendet werden.

In Fig. 2 ist das Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen integrierten fünfpoligen Leistungsschalters 1 dargestellt. Die Bidirektionalität der Steuerleitung 5 kann z. B. durch die Verwendung zweier unterschiedlicher LOW-Pegel U₂ und U₃ erreicht werden. Durch die Rückmeldelogik 10 kann je nach Zustand der Rückmeldelogik 10 der Transisitor 14 gesperrt oder durchgeschaltet werden. Bei Durchschaltung des Transistors 14 wird die bidirektionale Steuerleitung 5 auf einen HIGH-Pegel (U₁) gehoben. In seiner Eigenschaft als Ausgang schaltet der Anschluß 5 je nach Zustand der Rückmeldelogik 10 zwischen dem HIGH-Pegel U₁, der den Wert der Versorgungsspannung annimmt, und dem LOW-Pegel U₂, der durch den Spannungsteiler R₁ und R₂ eingestellt wird, hin und her.

Für den Fall, daß extern auf die bidirektionale Steuerleitung 5 ein LOW-Pegel (U₃) gelegt wird, der unterhalb der am Komparator 9 durch den Spannungsteiler R₃ und R₄ eingestellten Vergleichsspannung (U₄) liegt, so wird diese LOW-Pegel-Änderung nach U₃ vom Komparator 9 erkannt und als Eingangssignal gewertet. Für die Vergleichsspannung U₄ gilt die Bedingung

U₃ < U₄ < U₂,

d. h. mit anderen Worten, daß die Vergleichsspannung des Komparators 9 zwischen dem ersten LOW-Pegel (U₂) und dem zweiten LOW-Pegel (U₃) zu liegen hat.

Ferner sind die Steueranschlüsse 4, 5 intern derart verknüpft, daß ein Signal zum Sperren des Leistungsausgangs 6 bevorzugt ist und sich unabhängig vom Pegel der anderen Steuereingänge stets durchsetzt, so daß beide Mikroprozessoren 2, 3 unabhängig voneinander den sicheren, d. h. den abgeschalteten Zustand herbeiführen können.

Infolge der bidirektionalen Ausführung einer der Steuerleitungen als Steuer- und Rückmeldeanschluß ist es möglich, den erfindungsgemäßen integrierten Leistungsschalter in einem fünfpoligen Standardgehäuse unterzubringen.

In Fig. 3 ist ein Pegeldiagramm dargestellt, in dem die unterschiedlichen Pegelzustände (U₁, U₂, U₃) zu erkennen sind. Als LOW-Pegel wird gewöhnlich eine Spannung bezeichnet, die gleich oder unterhalb einer bestimmten Normspannung liegt. Im vorliegenden Fall ist dieses die Spannung U₂. Als HIGH-Pegel ist in der Regel die Versorgungsspannung anzusehen, die im vorliegenden Fall mit U₁ bezeichnet ist.

Erfindungsgemäß wird nun mit dem Spannungsteiler, der aus den Widerständen R₃ und R₄ besteht eine Vergleichsspannung U₄ eingestellt, die als Referenzspannung dem Komparator 9 auf seinen negativen Eingang gegeben wird. Bei Änderung des Spannungspegels am positiven Eingang des Komparators 9, d. h. am bidirektionalen Steuereingang 5 wirkt die bidirektionale Steuerleitung 5 je nach Spannungspegel entweder als Ausgang, sofern der LOW-Spannungspegel U₂ erreicht wird oder als Eingang, sofern der LOW-Spannungspegel U₃ erreicht wird, der kleiner ist als die Referenzspannung U₄ am negativen Eingang des Komparators 9. Dieser Fall tritt ein, wenn beispielsweise ein Kurzschluß gegen Masse auftritt. Solange dieser Pegel erhalten bleibt, bleibt die bidirektionale Steuerleitung 5 als Eingang "wirksam". Wird der ursprüngliche Zustand (U₂) oder (U₁) wieder hergestellt, so wirkt die bidirektionale Steuerleitung als "Ausgang". Somit wird der Leistungstransistor 13 durch die logische Verknüpfung mit Hilfe des Logikelements 12 je nach Zustand der bidirektionalen Steuerleitung gesperrt oder durchgeschaltet, so daß der Anschluß 6 über den Leistungstransistor 13 an dem Leistungsanschluß 7 liegt. Der Anschluß 8 stellt die Masse dar.

Der oben beschriebene integrierte fünfpolige Leistungsschalter 1 kann auch in sogenannten Einprozessor-Systemen vorteilhaft eingesetzt werden, da sich auch hier die Möglichkeit einer diversitären Ansteuerung, z. B. über zwei unterschiedliche Prozessor-Ports oder durch den Prozessor und eine zusätzliche Überwachungsschaltung ergibt.

Kurzfassung

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bzw. ein nach diesem Verfahren arbeitender integrierter fünfpoliger Leistungsschalter (1) vorgestellt. Durch die Einführung einer bidirektionalen Steuerleitung (5) ist es möglich, den gesamten integrierten Leistungsschalter in einem fünfpoligen Standardgehäuse unterzubringen. Hierdurch werden einerseits die Herstellungskosten gesenkt und andererseits eine Verarbeitungserleichterung erreicht.

Bezugszeichenliste

1 Integrierter fünfpoliger Leistungsschalter
2 Erster Mikroprozessor
3 Zweiter Mikroprozessor
4 Hauptsteuerleitung
5 Bidirektionale Steuerleitung
6 Leistungsanschluß
7 Leistungsspannungsanschluß
8 Masseanschluß
9 Komparator
10 Rückmeldelogik
11 Eingangspuffer
12 Logikelement
13 Transistor
14 Transistor

Claims

1. Verfahren zur Ansteuerung durch und Fehlerrückmeldung eines elektrischen Bauelementes mit zwei Steuereingängen an mindestens einen Mikrocomputer, an den zwei Steuerleitungen (4, 5) führen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Steuerleitung (4) Signale unidirektikonal übertragen werden und auf der zweiten Steuerleitung (5) die Signale bidirektional übertragen werden, wobei die zweite Steuerleitung (5) auch als Fehlerrückmeldeleitung verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als HIGH-Pegel (U₁) an dem bidirektionalen Anschluß die Versorgungsspannung des oder der Mikroprozessoren herangezogen wird und als Eingangs-LOW-Pegel (U₃) eine Spannung kleiner als der Ausgangs-LOW-Pegel (U₂) von einer Schaltlogik erkannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die bidirektionale Steuerleitung (5) mindestens zwei unterschiedliche LOW-Pegel (U₂, U₃) gelegt werden können.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Steuerleitung (5) mittels einer Logikschaltung als Eingang und Ausgang geschaltet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltlogik ein Komparator (9) verwendet wird, dessen Vergleichsspannung (U₄) durch einen Spannungsteiler (R₃, R₄) definiert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreitung des LOW-Pegels (U₄) an der ersten Steuerleitung (5) der Ausgang des Komparators (9) ein Signal liefert, daß einem Logikbaustein (12) zugeführt wird, so daß der Leistungstransistor (13) gesperrt wird, wenn die Eingänge des Logikbausteins (12) beide eine logische 0 aufweisen, wobei die Steuerleitung (5) als Eingang für mindestens einen Mikrocomputer (3) wirksam wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsspannung (U₄) zwischen dem ersten LOW-Pegel (U₂) und dem zweiten LOW-Pegel (U₃) liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal mittels eines Logikbausteins (12) zum Sperren des Transistors (13) bevorzugt ist und sich unabhängig vom Pegel der anderen Steuereingänge durchsetzt.

9. Verfahren nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (13) durch jeden der beiden Steuereingänge (4, 5) unabhängig voneinander gesperrt werden kann.

10. Integrierter fünfpoliger Leistungsschalter (1), der insbesondere durch einen ersten Mikrocomputer (2) und einen zweiten Mikrocomputer (3) angesteuert wird und zwei Steuereingänge (4, 5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Steuereingang (4) unidirektional ausgebildet ist und der zweite Steuereingang (5) bidirektional, so daß der zweite Steuereingang (5) auch als Zustandsrückmeldeanschluß verwendet wird.

11. Integrierter fünfpoliger Leistungsschalter (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der Steueranschlüsse (4, 5) als HIGH-Pegel eine Spannung (U₁) auftritt und als LOW-Pegel mindestens zwei Spannungen (U₂, U₃) auftreten.

12. Integrierter fünfpoliger Leistungsschalter, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der unidirektionale Steueranschluß (4) einem Logikelement (12) zugeführt wird, das entscheidet, ob der Leistungstransistor (13) gesperrt oder durchgeschaltet wird.

13. Integrierter fünfpoliger Leistungsschalter, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der bidirektionale Steueranschluß (5) über einen Komparator (9) einem Logikelement (12) zugeführt wird, das entscheidet, ob der Leistungstransistor (13) gesperrt oder durchgeschaltet wird.

14. Integrierter fünfpoliger Leistungsschalter, nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste LOW-Pegel (U₂) mittels eines Spannungsteilers (R₁, R₂) definiert ist.

15. Integrierter fünfpoliger Leistungsschalter, nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsspannung (U₄) mittels eines Spannungsteilers (R₃, R₄) definiert ist.

16. Integrierter fünfpoliger Leistungsschalter, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine zustandsabhängige Rückmeldelogik (10) einen Transistor (14) schaltet, wobei der Zustand der Rückmeldelogik (10) sich nach dem augenblicklichen Betriebs- oder Fehlerfall des Leistungsschalters oder der Last richtet.

17. Integrierter fünfpoliger Leistungsschalter, nach Anspruch 10 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückmeldelogik (10) je nach Zustand den Transistor (14) sperrt oder durchschaltet.

18. Integrierter fünfpoliger Leistungsschalter, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der bidirektionale Steuereingang (5) sowohl mit dem zweiten Mikrocomputer (3) als auch mit jedem weiteren Mikrocomputer verbunden ist.