EP2780579A1 - Vorrichtung und verfahren zum testen des zustands der verbindung einer mit einem verbindungspunkt verbundenen last - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum testen des zustands der verbindung einer mit einem verbindungspunkt verbundenen last

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EP2780579A1
EP2780579A1 EP12797767.6A EP12797767A EP2780579A1 EP 2780579 A1 EP2780579 A1 EP 2780579A1 EP 12797767 A EP12797767 A EP 12797767A EP 2780579 A1 EP2780579 A1 EP 2780579A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connection point
potential
voltage
load
switching element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12797767.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Schmauss
Sergiu Muresan
Gunther Wolfarth
Marco Well
Johann Falter
Franz Laberer
Cristian THEIL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Publication of EP2780579A1 publication Critical patent/EP2780579A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G01R31/3277—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of low voltage devices, e.g. domestic or industrial devices, such as motor protections, relays, rotation switches
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/66—Testing of connections, e.g. of plugs or non-disconnectable joints
    • G01R31/67—Testing the correctness of wire connections in electric apparatus or circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks
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    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults

Definitions

  • the invention relates to a device for switching a load to the high or the low potential of a supply voltage by means of switching elements, and for testing the state of connection of the load with a connection point between the switching elements, wherein a first switching element between the high supply voltage potential and the connection point and a second switching element is connected between the connection point and the lower supply voltage potential, wherein the device has at least one voltage or current source which can be connected to the connection point, and wherein the device has a potential evaluation circuit which is connected to the connection point.
  • Such a device is known from DE 102007002953 AI.
  • a large number of consumers have to be switched on and off, with power transistors or relays being used for switching because of the high currents that are usually required for switching.
  • Corresponding consumers can be, for example, the headlights, but also electric motors, for example for windows, valves, injectors or ignition coils. In any case, the corresponding circuit breaker must be controlled, including either so-called.
  • Highside switches which are connected to a terminal with the supply voltage, or lowside switches, which are connected to a terminal connected to ground.
  • Such control switches are usually realized in a larger number in ASICs (applicant specific integrated circuit), the in turn controlled by control units such as microprocessors.
  • Such circuit arrangements which are mostly realized as ASICs, are known, for example, from DE 10 2006 045 308 A1 or DE 199 20 465 C1. It is also disclosed in DE 199 20 465 C1 that instead of a high-side or low-side switch, it is also possible to use a push-pull output stage, which consists of both a high-side and a low-side switch, which then optionally the load can be switched on so that they can either be connected to the positive supply voltage potential or ground. This may be of interest if capacitive load components are to be discharged in a targeted manner.
  • Such switches must be checked to see if the connection to the switching load is intact, or if there is an open circuit, but also checked for short circuits against the supply voltage potentials and / or overcurrents.
  • a line interruption can - as disclosed in DE 10 2006 045 308 AI - at the connection point of the load with the circuit element containing circuit selectively applied a certain potential or a particular current are impressed, in which case the self-adjusting potential is then checked whether it is in certain predefined areas. If the connection is OK, a low potential will usually set, since the connected load usually has a low resistance. However, if there is a line break, the predetermined by the impressed voltage or the impressed current potential, so that it can be detected. For this test, the highside or lowside switch must be off.
  • DE 199 20 465 C1 discloses, in particular for the activation of an ignition device, the test when not activated
  • DE 102004 054374 B3 discloses a circuit arrangement for providing a diagnostic signal having a test circuit which tests the power switching device and fault symptoms depending on the test generates a filter device which, depending on a drive signal for driving the power switching devices, in each case provides a validity signal for the generated fault symptoms, the validity signal in each case determining the validity of the corresponding fault symptoms
  • Error symptom has a validation device which validates a generated error symptom depending on the associated validity signal and the drive signal and generates therefrom a group of states and complementary complementary states and has an encoder, the states and complementary states depending on the states and complementary states associated priorities the error types coded, wherein the diagnostic signal from the coded states and complementary states is formed.
  • the invention means for switching a load to the high or low potential of a Supply voltage by means of switching elements and for testing the state of connection of the load with a connection point between the switching elements, in which a first switching element between the high supply voltage potential and the connection point and a second switching element between the
  • Connection point and the lower supply voltage potential is connected to a voltage or Stromguelle, which is connectable to the connection point and a Potentialauswertesclien, which is connected to the connection point, wherein the Potentialauswertesclien is formed with at least two comparators, wherein the reference input of the first comparator with a Voltage source for a low voltage and the reference input of the second comparator with a voltage source for a voltage for a line interruption is connected.
  • connection point being between a first switching element formed between a high supply voltage potential and the connection point and a second switching element connected between the connection point and a low supply voltage potential in accordance with the invention in the switched-off state of the two switching elements by at least a connected to the connection point voltage or current source constructed a potential at the connection point and checked by means of a Potentialauswertescaria whether the potential is within a defined potential range and if so, closed on a line break between the connection point and the load.
  • the check of the connection of the connection point to a connected load is only carried out in a switching element designed as a push-pull output stage, when the switching elements are both switched off.
  • the building up of the potential at the connection point takes place only after the first switching element and then the second switching element have been switched on and off again.
  • This is particularly advantageous in a load which is formed by an ignition device in a motor vehicle, and which is connected by closing the first switching element to the supply voltage potential and thereby energized, wherein when switching off the first
  • Switching element on the one hand takes place the ignition of the ignition device and on the other hand by switching on the second
  • the potential is checked at the connection point during a predetermined test period.
  • This vomZeitdauer can also be composed of several consecutive EinzelprüfZeitdauern.
  • the test duration is determined as a function of capacitive components of the load. As a result, it can be ensured that the potential at the connection point no longer appreciably changes due to the connected capacitive load.
  • the check of a line interruption in the context of a predetermined test scheme in which also short circuits of the connection point against the high and / or the low supply voltage potential and other fault symptoms are checked.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention as a block diagram
  • FIG. 2 shows the phases of switching the switching element on and off in the case of an ignition device as a load
  • FIG. 3 a shows the profile of the voltage and the current at the connection point when the first switch and the connected load are switched on
  • FIG. 3 b shows the profile of the voltage and the current at the connection point when the second switch and the connected load are switched on.
  • FIG. 3 c shows the curve of the voltage and the current at the connection point when both switches are switched off (tristate); the possible diagnostic results with the switching elements switched off and the test voltage switched on or off; switched on test current,
  • Figure 5 shows the course of the voltage and the current in case of short circuit to ground of the connection point (over current)
  • FIG. 1 shows a device 1 according to the invention for testing the connection of a load L connected to a connection point 5.
  • the load L in the illustrated embodiment is an ignition device for a motor vehicle whose input impedance relevant to the device 1 comprises a load resistor R LOAD and a load capacitance C LOAD are shown.
  • the ignition device consists of an ignition coil, which is connected on the secondary side via a diode operated in the reverse direction with a schematically illustrated spark plug and the primary side is connected on the one hand to the battery voltage U BATT and on the other hand via a power transistor IGBT to ground.
  • the power transistor IGBT is driven by a buffer amplifier and a series resistor connected upstream of it. The bias and the buffer amplifier form the said input impedance.
  • connection point 5 which is connected to a corresponding output pin of the device 1, on the one hand via a semiconductor switch HS, which is formed in the illustrated example of two series-connected P-channel MOSFETs HSa, HSb, which are connected to each other with their drain terminals , And connected via a series-connected first current measuring resistor Rl to the positive potential of the supply voltage V DD5 _ IGN .
  • the connection point 5 is connected to the ground terminal via a second switching element LS, which is formed with an N-channel MOSFET, and a second current measuring resistor R2.
  • the control terminals of the first and second switching element HS, LS are controlled by a gate drive 2 in a known manner to connect the load L either to the positive supply voltage terminal V GDS _ IGN or to ground.
  • a voltage source 3 can be connected in accordance with the invention via a switch S2, which in the illustrated example is designed as a voltage follower and apply a voltage of 2.5 V to the connection point 5 with a precisely defined current (for example +/- 75 ⁇ ) can.
  • a potential evaluation circuit 4 is also connected, which is formed with three comparators Kl, K2, K3, whose one input is connected to the connection point 5.
  • the respective other inputs of the comparators K1, K2, K3 are subjected to voltage threshold values for a low voltage threshold V LVT (low voltage threshold), a voltage V 0 L (open load) and a voltage V ov (overvoltage).
  • Corresponding signals are output at the outputs of the comparators K1 to K3 when the voltage V 0U T at the connection point 5 exceeds the respective voltage threshold values V 0 L, V LV T and / or V 0 v.
  • the potential evaluation circuit 4 also has a fourth comparator K4, whose one input is connected to the connection point of the first switching element HS and the first current measuring resistor Rl and whose second input is supplied with a threshold value for an overflow HS_OC_THD.
  • the output of the fourth comparator K4 indicates at its output with the signal OC_HS, whether in the highside path of the output stage, ie in the path between the positive supply voltage V DD 5 _ I GN and the connection point 5, an overcurrent flows, for example, by a short circuit caused in the lowside path.
  • a fifth comparator K5 is provided, whose one input is connected to the connection point of the second switching element LS and the second current measuring resistor R2 and whose second input is supplied with a voltage threshold LS_OC_THD, and which provides at its output a signal OC_LS, which announces , if a
  • FIG. 2 shows how by means of the first
  • Switching element HS and the second switching element LS of the device 1 can be operated as a trained ignition circuit for a motor vehicle load L.
  • the control circuit 2 applies a control signal HS_ON control to the control input of the first switching element HS, whereby the connected load L is connected to the positive supply voltage potential VDD_IGN and by corresponding activation of the circuit breaker IGBT (shown in FIG. 1)
  • the primary coil of the ignition coil is energized, which is shown in Figure 2 by an increasing current.
  • Switching element HS switched off again, whereby it comes in the secondary branch of the ignition coil of the load L to a voltage increase, which leads to a spark in the spark plug.
  • Igniter ignition switch IGBT sure, with the switching off of the first switching element HS, the second switching element LS by means of the control signal LS_ON control turned on by the control circuit 2 and turned off again at a time t3. Thereafter, both switching elements HS, LS are turned off and the connection point 5 is in a so-called tristate state, it is high impedance. In this state after such an ignition process, the test for a cable break is advantageously carried out according to the invention.
  • the first switching element HS is controlled by the control signal HS_ON control at a time t 1.
  • Circuit 2 switched on. Characterized the connection point 5 and a connected load L connected to the positive comparison sorgungs voltage potential V DD5 _ IGN is connected, whereby - as shown in Figure 3a can be seen - with intact compound of the load L to the connecting point 5, a potential corresponding to the supply potential V DD5 established.
  • a current ⁇ 0 ⁇ flow, the magnitude of which will be below a threshold for an overcurrent I 0C _ HS .
  • the load L will be connected via the second switching element LS in intact connection to the ground terminal, so that the Voltage V OÜT will set at connection point 5 to about 0 V, if any load capacitance C LOAD has discharged.
  • FIG. 3b it is assumed that the load connected to the connection point 5 lies with its other connection at a positive supply potential, so that -as shown in FIG. 3b -a positive current ⁇ 0 is to be measured at the connection point 5 ,
  • Switching element LS is turned off and the connection point 5 accordingly in a high-impedance state, which is commonly referred to as tristate Zusand passes, after a short time, which is necessary for discharging any existing capacity, the current ⁇ 0 ⁇ set to 0 A. and the voltage V OÜT at the connection point 5 assume a value of about 0 V.
  • connection of the connection point 5 to a connected load L is now checked.
  • a potential is applied to the connection point 5 by means of a test voltage source 3, which potential is between two threshold values for a lower one Voltage V LV T and a voltage for a line break V 0 L is.
  • connection point 5 The voltages V.sub.OU.sub.T at the connection point 5 which now occur as a result of various fault states are shown in FIG.
  • a test voltage is applied to the connection point 5 at a time t 1 by means of the test voltage source 3, and after a first test time t 0 L_iGN the voltage detected at the connection point 5 by means of the potential evaluation circuit 4 intervenes at a time t8 0 V and the threshold for a low voltage V LV T (low voltage threshold) is, it is concluded that there is no error, the connection line is thus intact (no VOL failure).
  • a second test time t D iAG is started, after which the voltage at the connection point 5 is checked. If this lies between the threshold value for a low voltage V LV T and a threshold value for a line interruption V 0 L, a line interruption is concluded (VOL failure).
  • FIGS. 5 and 6 Such further tests are shown by way of example in FIGS. 5 and 6, wherein it is shown in FIG. 5 that in order to detect an overcurrent caused, for example, by a short circuit via the second switching element LS, the first switching element HS is switched on and the current is determined by means of the fourth comparator K4. If this amount is above a threshold I 0C _H S SO is on a short circuit of the second switching element LS to ground closed and made a shutdown of the first switching element HS at a time t3.
  • Switching element LS and checking the current by means of the fifth comparator K5 and the second current sense resistor R2 are closed to an overcurrent in the highside path when the detected current is above a threshold I 0C _ LS . Again, after a test time toc a shutdown of the second switching element takes place in order to avoid damage to the device due to excessive heating.

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Testen der Verbindung einer mit einem Verbindungspunkt (1) verbundenen Last (L), wobei der Verbindungspunkt (5) zwischen einem ersten Schaltelement (HS), das zwischen ein hohes Versorgungsspannungspotential (VDD5_IGN) und den Verbindungspunkt (5) und einem zweiten Schaltelement (LS), das zwischen den Verbindungspunkt (5) und ein niederes Versorgungsspannungspotential (⊥) geschaltet ist, ausgebildet ist. Im ausgeschalteten Zustand der beiden Schaltelemente (HS, LS) wird durch zumindest eine zu dem Verbindungspunkt (5) zugeschaltete Spannungs- oder Stromquelle (3) ein Potential an dem Verbindungspunkt (5) aufgebaut und mittels einer Potentialauswerteschaltung (4) überprüft, ob sich das Potential (VOUT) in einem definierten Potentialbereich befindet und falls ja, auf eine Leitungsunterbrechung zwischen dem Verbindungspunkt (5) und der Last (L) geschlossen.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum Testen des Zustands der Verbindung einer mit einem Verbindungspunkt verbundenen Last
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten einer Last an das hohe oder das niedere Potential einer Versorgungsspannung mittels Schaltelemente, und zum Testen des Zustands der Verbindung der Last mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltelementen, bei der ein erstes Schaltelement zwischen das hohe Versorgungsspannungspotential und den Verbindungspunkt und ein zweites Schaltelement zwischen den Verbindungspunkt und das niedere Versorgungsspannungspotential geschaltet ist, wobei die Vorrichtung zumindest eine Spannungs- oder Stromguelle aufweist, die an den Verbindungspunkt zuschaltbar ist, und wobei die Vorrichtung eine Potentialauswerteschaltung aufweist, die mit dem Verbindungspunkt verbunden ist.
Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 102007002953 AI bekannt.
In Kraftfahrzeugen müssen eine große Anzahl von Verbrauchern ein- und ausgeschaltet werden, wobei wegen der zumeist erforderlichen hohen Ströme zum Schalten Leistungstransistoren oder Relais verwendet werden. Entsprechende Verbraucher können beispielsweise die Scheinwerfer sein, aber auch Elektromotoren, beispielsweise für Fensterheber, Ventile, Injektoren oder Zündspulen. In jedem Fall müssen die entsprechenden Leistungsschalter angesteuert werden, wozu entweder sog.
Highside-Schalter, die mit einem Anschluss mit der Versorgungsspannung verbunden sind, oder Lowside-Schalter, die mit einem Anschluss mit Masse verbunden sind, verwendet werden. Solche Steuerschalter sind zumeist in einer größeren Anzahl in ASICs (applicant specific integrated circuit) realisiert, die ihrerseits durch Steuereinheiten wie beispielsweise Mikroprozessoren angesteuert werden.
Solche zumeist als ASICs realisierte Schaltungsanordnungen sind beispielsweise aus der DE 10 2006 045 308 AI oder der DE 199 20 465 Cl bekannt. In der DE 199 20 465 Cl ist außerdem offenbart, dass statt einem Highside- oder Lowside-Schalter auch eine Push-Pull-Endstufe verwendet werden kann, die sowohl aus einem Highside- als auch aus einem Lowside-Schalter besteht, die dann wahlweise an die Last angeschaltet werden können, so dass diese wahlweise entweder mit dem positiven Versorgungs spannungspo- tenzial oder Masse verbunden werden können. Dies kann von Interesse sein, wenn kapazitive Lastbestandteile gezielt entladen werden sollen.
Solche Schalter müssen darauf überprüft werden, ob die Verbindung zur schaltenden Last intakt ist oder ob eine Leitungsunterbrechung (open load) vorliegt, aber auch auf Kurzschlüsse gegen die Versorgungsspannungspotentiale und/oder Überströme geprüft werden. Zum Überprüfen einer Leitungsunterbrechung kann dabei - wie in der DE 10 2006 045 308 AI offenbart - an den Verbindungspunkt der Last mit der das Schaltelement enthaltenden Schaltungsanordnung gezielt ein bestimmtes Potential angelegt oder ein bestimmter Strom eingeprägt werden, wobei dann das sich einstellende Potential daraufhin überprüft wird, ob es sich in bestimmten vordefinierten Bereichen befindet . Ist die Verbindung in Ordnung, wird sich üblicherweise ein geringes Potential einstellen, da die angeschlossene Last meist einen geringen Widerstand aufweist. Liegt jedoch eine Leitungsunterbrechung vor, stellt sich das durch die eingeprägte Spannung oder den eingeprägten Strom vorgegebene Potential ein, so dass dieses detektiert werden kann. Für diesen Test muss der Highside- oder der Lowside-Schalter ausgeschaltet sein. Die DE 199 20 465 Cl offenbart insbesondere für das Ansteuern einer Zündvorrichtung den Test bei nicht angesteuertem
Schalttransistor, wobei jedoch der Spannungsanstieg am Schalttransistor während der Leitungsunterbrechungsdiagnose so gering ist, dass die Last in dieser Zeit nicht abgeschaltet wird.
Für das Testen von Leistungs Schaltvorrichtungen, welche eine Last schalten, die in einer als ASIC ausgebildeten Schaltungsanordnung realisiert sind, offenbart die DE 102004 054374 B3 eine Schaltungsanordnung zur Bereitstellung eines Diagnosesignals, die eine Testschaltung aufweist, welche die Leistungsschaltvorrichtung testet und abhängig von dem Testen FehlerSymptome zur Charakterisierung von Fehlertypen verschiedener Prioritäten generiert, eine Filtervorrichtung aufweist, welche abhängig von einem Ansteuersignal zum Ansteuern der Leistungs Schaltvorrichtungen jeweils ein Gültigkeitssignal für die generierten FehlerSymptome bereitstellt, wobei das Gültigkeitssignal jeweils die Gültigkeit des entsprechenden
FehlerSymptoms angibt, eine Validierungseinrichtung aufweist, welche ein generiertes FehlerSymptom jeweils abhängig von dem zugehörigen Gültigkeitssignal und dem Ansteuersignal validiert und daraus eine Gruppe von Zuständen und dazu komplementären Komplementärzuständen generiert und eine Kodiereinrichtung aufweist, welche die Zustände und Komplementärzustände abhängig von den Zuständen und Komplementärzuständen zugeordneten Prioritäten der Fehlertypen kodiert, wobei das Diagnosesignal aus den kodierten Zuständen und Komplementärzuständen gebildet ist.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Leitungsunterbrechungsdiagnose bei einer als Push-Pull-Endstufe ausgebildeten Leistungsschaltvorrichtung, welche eine Last schalten kann, vorzusehen, bei der die Diagnose mit einfachen Mitteln erfolgt.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 3. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demgemäß weist in erfindungsgemäßer Weise eine Vorrichtung zum Schalten einer Last an das hohe oder niedere Potential einer Versorgungsspannung mit Hilfe von Schaltelementen und zum Testen des Zustande der Verbindung der Last mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltelementen, bei der ein erstes Schaltelement zwischen das hohe Versorgungsspannungspotential und dem Ver- bindungspunkt und ein zweites Schaltelement zwischen dem
Verbindungspunkt und das niedere Versorgungsspannungspotential geschaltet ist, eine Spannungs- oder Stromguelle auf, die an den Verbindungspunkt zuschaltbar ist und eine Potentialauswerteschaltung, die mit dem Verbindungspunkt verbunden ist, wobei die Potentialauswerteschaltung mit zumindest zwei Komparatoren gebildet ist, wobei der Referenzeingang des ersten Komparators mit einer Spannungsguelle für eine niedere Spannung und der Referenzeingang des zweiten Komparators mit einer Spannungsguelle für eine Spannung für eine Leitungsunterbrechung ver- bunden ist.
Damit wird vorgeschlagen, in erfindungsgemäßer Weise das Zuschalten einer Spannung oder eines Stromes an den Verbindungspunkt einer Last mit einem Schaltelement und das Auswerten des sich einstellenden Potentials am Verbindungspunkt auch bei einem als Push-Pull-Endstufe ausgebildeten Schaltelement durchzuführen .
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung bei einer Last anzu- wenden, die mit einem Leistungstransistor zum Bestromen einer Zündspule eines Kraftfahrzeugs gebildet ist.
Bei einem Verfahren zum Testen der Verbindung einer mit einem Verbindungspunkt verbundenen Last, wobei der Verbindungspunkt zwischen einem ersten Schaltelement, das zwischen ein hohes Versorgungsspannungspotential und dem Verbindungspunkt und einem zweiten Schaltelement, das zwischen den Verbindungspunkt und ein niederes Versorgungsspannungspotential geschaltet ist, ausgebildet ist, wird in erfindungsgemäßer Weise in ausge- schaltetem Zustand der beiden Schaltelemente durch zumindest eine zu dem Verbindungspunkt zugeschaltete Spannungs- oder Stromquelle ein Potential an dem Verbindungspunkt aufgebaut und mittels einer Potentialauswerteschaltung überprüft, ob sich das Potential in einem definierten Potentialbereich befindet und falls ja, auf eine Leitungsunterbrechung zwischen dem Verbindungspunkt und der Last geschlossen. In erfindungsgemäßer Weise wird bei einem als Push-Pull-Endstufe ausgebildeten Schaltelement die Überprüfung der Verbindung des Verbindungspunkts zu einer angeschlossenen Last erst durchgeführt, wenn die Schaltelemente beide ausgeschaltet sind.
In vorteilhafter Weiterbildung erfolgt das Aufbauen des Potentials am Verbindungspunkt erst, nachdem zunächst das erste Schaltelement und anschließend das zweite Schaltelement ein- und wieder ausgeschaltet wurden. Dies ist besonders vorteilhaft bei einer Last, die durch eine Zündvorrichtung in einem Kraftfahrzeug gebildet wird, und die durch Schließen des ersten Schaltelements an das Versorgungsspannungspotential angeschlossen und hierdurch bestromt wird, wobei beim Abschalten des ersten
Schaltelements einerseits die Zündung der Zündvorrichtung erfolgt und andererseits durch Einschalten des zweiten
Schaltelements und Wiederöffnen des zweiten Schaltelements ein gezieltes Ausschalten der Zündvorrichtung erfolgt. In vorteilhafter Weise kann in diesem Zustand der Test auf eine Leitungsunterbrechung besonders einfach durchgeführt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Überprüfung des Potentials am Verbindungspunkt während einer vorgegebenen PrüfZeitdauer . Diese PrüfZeitdauer kann auch aus mehreren aufeinanderfolgenden EinzelprüfZeitdauern zusammengesetzt sein.
In vorteilhafter Weise wird die PrüfZeitdauer in Abhängigkeit von kapazitiven Anteilen der Last festgelegt. Hierdurch kann si- chergestellt werden, dass sich das Potential am Verbindungspunkt aufgrund der angeschlossenen kapazitiven Last nicht mehr nennenswert ändert . In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Überprüfung einer Leitungsunterbrechung im Rahmen eines vorgegebenen Prüfschemas, bei dem auch Kurzschlüsse des Verbindungspunktes gegen das hohe und/oder das niedere Ver- sorgungs spannungspotential sowie weitere FehlerSymptome geprüft werden .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiel mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung als Blockschaltbild,
Figur 2 die Phasen des Ein- und Ausschaltens des Schalt- elements bei einer Zündvorrichtung als Last,
Figur 3a den Verlauf der Spannung und des Stroms am Verbindungspunkt bei eingeschaltetem ersten Schalter und angeschlossener Last,
Figur 3b den Verlauf der Spannung und des Stroms am Verbindungspunkt bei eingeschaltetem zweiten Schalter und angeschlossener Last, Figur 3c den Verlauf der Spannung und des Stroms am Verbindungspunkt, wenn beide Schalter ausgeschaltet sind (tristate ) , die möglichen Diagnoseergebnisse bei ausgeschalteten Schaltelementen und eingeschalteter PrüfSpannung bzw. eingeschaltetem Prüfstrom,
Figur 5 den Verlauf der Spannung und des Stroms bei Kurzschluss gegen Masse des Verbindungspunktes (over current) und
Figur 6 den Verlauf der Spannung und des Stroms am Verbindungspunkt bei Kurzschluss gegen das hohe Versor- gungsspannungspotential am Verbindungspunkt. Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Testen der Verbindung einer mit einem Verbindungspunkt 5 verbundenen Last L. Die Last L ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Zündvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, deren für die Vorrichtung 1 relevante Eingangsimpedanz mit einem Lastwiderstand RLOAD und einer Lastkapazität CLOAD dargestellt sind. Die Zündvorrichtung besteht aus einer Zündspule, die sekundärseitig über eine in Sperrrichtung betriebene Diode mit einer schematisch darge- stellten Zündkerze verbunden ist und die primärseitig einerseits an die Batteriespannung UBATT und andererseits über einen Leistungstransistor IGBT mit Masse verbunden ist. Der Leistungstransistor IGBT wird über einen Buffer-Verstärker und einen diesem vorgeschalteten Vorwiderstand angesteuert. Der Vorwi- derstand und der Buffer-Verstärker bilden die genannte Eingangsimpedanz .
Der Verbindungspunkt 5, der mit einem entsprechenden Ausgangspin der Vorrichtung 1 verbunden ist, ist einerseits über einen HalbleiterSchalter HS, der im dargestellten Beispiel aus zwei in Serie geschalteten P-Kanal Mosfets HSa, HSb gebildet ist, die mit ihren Drain-Anschlüssen miteinander verbunden sind, und über einen dazu in Serie geschalteten ersten Strommesswiderstand Rl mit dem positiven Potential der Versorgungs Spannung VDD5_IGN verbunden. Andererseits ist der Verbindungspunkt 5 über ein zweites Schaltelement LS, das mit einem N-Kanal Mosfet gebildet ist, und einen zweiten Strommesswiderstand R2 mit dem Masse- anschluss verbunden. Die Steueranschlüsse des ersten und zweiten Schaltelements HS, LS werden von einer SteuerSchaltung 2 (gate drive) in bekannter Weise angesteuert, um die Last L entweder mit dem positiven Versorgungsspannungsanschluss VGDS_IGN oder mit Masse zu verbinden.
An den Verbindungspunkt 5 ist in erfindungsgemäßer Weise über einen Schalter S2 eine Spannungsguelle 3 zuschaltbar, die im dargestellten Beispiel als Spannungsfolger ausgebildet ist und eine Spannung von 2,5 V an den Verbindungspunkt 5 mit einem genau definierten Strom (beispielsweise +/-75μΑ) anlegen kann. An den Verbindungspunkt 5 ist außerdem eine Potentialauswerte-Schaltung 4 angeschlossen, die mit drei Komparatoren Kl, K2, K3 gebildet ist, deren jeweils einer Eingang mit dem Verbin- dungspunkt 5 verbunden ist. Die jeweils anderen Eingänge der Komparatoren Kl, K2, K3 sind mit Spannungsschwellwerten für eine niedere Spannung VLVT (low voltage threshold) eine Spannung V0L (open load) und eine Spannung Vov (over voltage) beaufschlagt. An den Ausgängen der Komparatoren Kl bis K3 werden entsprechende Signale abgegeben, wenn die Spannung V0UT am Verbindungspunkt 5 die jeweiligen Spannungsschwellwerte V0L , VLVT und/oder V0v überschreitet .
Die Potentialauswerteschaltung 4 weist außerdme einen vierten Komparator K4 auf, dessen einer Eingang mit dem Verbindungspunkt des ersten Schaltelements HS und dem ersten Strommesswiderstand Rl verbunden ist und deren zweiter Eingang mit einem Schwellwert für einen Überström HS_OC_THD beaufschlagt wird. Der Ausgang des vierten Komparators K4 zeigt an seinem Ausgang mit dem Signal OC_HS an, ob im Highside-Pfad der Endstufe, also im Pfad zwischen der positiven Versorgungsspannung VDD 5_I GN und dem Verbindungspunkt 5 ein Überstrom fließt, der beispielsweise durch einen Kurzschluss im Lowside-Pfad verursacht wird. In gleicher Weise ist ein fünfter Komparator K5 vorgesehen, dessen einer Eingang mit dem Verbindungspunkt des zweiten Schaltelements LS und dem zweiten Strommesswiderstand R2 verbunden ist und dessen zweiter Eingang mit einem Spannungsschwellwert LS_OC_THD beaufschlagt ist, und der an seinem Ausgang ein Signal OC_LS bereitstellt, das ansagt, ob ein
Überstrom im Lowside-Pfad der Leistungsendstufe HS, LS vorliegt, der beispielsweise bei einem Kurzschluss im Highside-Pfad auftreten kann. Mittels des in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 können, wie dies mit Hilfe der Figur 4 näher erläutert werden wird, durch Beaufschlagen des Verbindungspunkts 5 mit einer PrüfSpannung oder einem Prüfström verschiedene Zustände des Verbindungspunkts 5 - insbesondere ein Leitungsbruch in der Verbindung zu einer angeschlossenen Last L - mittels der Potentialauswerteschaltung 4 erkannt werden. In der Figur 2 ist dargestellt, wie mittels des ersten
Schaltelements HS und des zweiten Schaltelementes LS der Vorrichtung 1 eine als Zündschaltung für ein Kraftfahrzeug ausgebildete Last L betrieben werden kann. Beginnend zu einem Zeitpunkt tl wird von der Steuerschaltung 2 ein Steuersignal HS_ON control an den Steuereingang des ersten Schaltelements HS angelegt, wodurch die angeschlossene Last L mit dem positiven Ver sorgungsspannungspotential VDD_IGN verbunden wird und durch entsprechende Ansteuerung des - in der Figur 1 dargestellten - Leistungsschalters IGBT die Primärspule der Zündspule mit Strom beaufschlagt wird, was in der Figur 2 durch einen ansteigenden Strom dargestellt ist. Zum Zeitpunkt t2 wird das erste
Schaltelement HS wieder abgeschaltet, wodurch es im Sekundärzweig der Zündspule der Last L zu einem Spannungsanstieg kommt, der zu einem Zündfunken in der Zündkerze führt. Um Restladungen aus einem kapazitiven Anteil CLOAD der Eingangsimpedanz der Zündschaltung zu entfernen und damit den
Zündtransitor IGBT sicher abzuschalten, wird mit dem Abschalten des ersten Schaltelements HS das zweite Schaltelement LS mittels des Steuersignals LS_ON control von der SteuerSchaltung 2 eingeschaltet und zu einem Zeitpunkt t3 wieder ausgeschaltet. Danach sind beide Schaltelemente HS, LS ausgeschaltet und der Verbindungspunkt 5 befindet sich in einem sogenannten tristate-Zustand, er ist hochohmig. In diesem Zustand nach einem solchen Zündvorgang wird in erfindungsgemäßer Weise vorteilhaft der Test auf einen Leitungsbruch durchgeführt.
Mit Hilfe der Figuren 3a - 3c soll verdeutlicht werden, welche Spannungen und Ströme sich am Verbindungspunkt 5 bei jeweils aktivem ersten Schaltelement bzw. zweiten Schaltelement oder falls beide inaktiv sind einstellen.
Gemäß Figur 3a wird zu einem Zeitpunkt tl das erste Schaltelement HS mittels des Steuersignals HS_ON control durch die Steuer- Schaltung 2 eingeschaltet. Dadurch wird der Verbindungspunkt 5 und eine daran angeschlossene Last L mit dem positiven Ver- sorgungs spannungspotential VDD5_IGN verbunden, wodurch sich - wie aus Figur 3a ersichtlich - bei intakter Verbindung der Last L mit dem Verbindungspunkt 5 ein Potential entsprechend dem Versorgungspotential VDD5 einstellt. Außerdem wird ein Strom Ι0υτ fließen, der betragsmäßig unterhalb eines Schwellwerts für einen Überstrom I0C_HS liegen wird. Wenn zu einem Zeitpunkt t2 das erste Schaltelement HS wieder ausgeschaltet und gleichzeitig das zweite Schaltelement LS mittels eines Steuersignals LS_ON_control durch die Steuereinheit 2 eingeschaltet wird, wird die Last L über das zweite Schaltelement LS bei intakter Verbindung mit dem Masseanschluss verbunden werden, so dass sich die Spannung VOÜT am Verbindungspunkt 5 auf etwa 0 V einstellen wird, wenn sich ein gegebenenfalls vorhandener Lastkapazität CLOAD entladen hat. Für das Beispiel der Figur 3b ist angenommen, dass die an den Verbindungspunkt 5 angeschlossene Last mit ihrem anderen An- schluss an einem positiven Versorgungspotential liegt, so dass - wie in Figur 3b dargestellt - ein positiver Strom Ι0υτ am Verbindungspunkt 5 zu messen ist.
Wenn schließlich zu einem Zeitpunkt t3 auch das zweite
Schaltelement LS ausgeschaltet wird und der Verbindungspunkt 5 entsprechend in einen hochohmigen Zustand, der üblicherweise als tristate-Zusand bezeichnet wird, gelangt, wird nach einer kurzen Zeit, die zur Entladung gegebenenfalls vorhandener Kapazitäten nötig ist, sich der Strom Ι0υτ auf 0 A einstellen und auch die Spannung VOÜT am Verbindungspunkt 5 einen Wert von etwa 0 V annehmen .
In diesem tristate-Zustand wird nun die Verbindung des Verbindungspunktes 5 zu einer angeschlossenen Last L überprüft. Hierzu wird, wie bereits zu Figur 1 erläutert wurde, mittels einer Prüfspannungsguelle 3 ein Potential an den Verbindungspunkt 5 angelegt, das zwischen zwei Schwellwerten für eine niedere Spannung VLVT und eine Spannung für eine Leitungsunterbrechung V0L liegt .
Die sich nun aufgrund verschiedener Fehlerzustände einstellenden Spannungen VOUT am Verbindungspunkt 5 sind in Figur 4 dargestellt. Wenn also im tristate-Zustand des Verbindungspunktes 5 eine solche Prüfspannung mittels der Prüfspannungsguelle 3 an den Verbindungspunkt 5 zu einem Zeitpunkt tl angelegt wird, und nach einer ersten Prüfzeit t0L_iGN zu einem Zeitpunkt t8 die mittels der Potentialauswerteschaltung 4 festgestellte Spannung am Verbindungspunkt 5 zwischen 0 V und dem Schwellwert für eine niedere Spannung VLVT (low voltage threshold) liegt, wird darauf geschlossen, dass kein Fehler vorliegt, die Verbindungsleitung also intakt ist (no VOL failure) .
Wenn sich das Potential am Verbindungspunkt 5 jedoch erhöht und den niederen Schwellwert VLVT überschreitet, wird eine zweite Prüfzeit tDiAG gestartet, nach deren Ablauf die Spannung am Verbindungspunkt 5 überprüft wird. Liegt diese zwischen dem Schwellwert für eine niedere Spannung VLVT und einem Schwellwert für eine Leitungsunterbrechung V0L wird auf eine Leitungsunterbrechung geschlossen (VOL failure).
Liegt die Spannung jedoch nach Ablauf der zweiten Prüfzeit t DIAG oberhalb des Schwellwerts für eine Leitungsunterbrechung V0L , wird festgestellt, dass keine Diagnose erfolgte (no DIAG done) . Es müssen gegebenenfalls weitere Tests durchgeführt werden, um möglicherweise einen Kurzschluss festzustellen, da eine Überspannung vorliegt.
Solche weiteren Tests sind beispielhaft in den Figuren 5 und 6 dargestellt, wobei in Figur 5 gezeigt ist, dass, um einen beispielsweise durch einen Kurzschluss über den zweiten Schaltelement LS verursachten Überstrom (over current) festzustellen, das erste Schaltelement HS eingeschaltet wird und der Strom mittels des vierten Komparators K4 ermittelt wird. Liegt dieser betragsmäßig oberhalb einer Schwelle I 0C_HS SO wird auf einen Kurzschluss des zweiten Schaltelements LS gegen Masse geschlossen und eine Abschaltung des ersten Schaltelements HS zu einem Zeitpunkt t3 vorgenommen.
In ähnlicher Weise kann durch Einschalten des zweiten
Schaltelements LS und Überprüfen des Stromes mittels des fünften Komparators K5 und des zweiten Strommesswiderstands R2 auf einen Überstrom im highside-Pfad geschlossen werden, wenn der ermittelt Strom oberhalb einer Schwelle I0C_LS liegt . Auch hier erfolgt nach Ablauf einer Prüfzeit toc eine Abschaltung des zweiten Schaltelements, um eine Schädigung der Vorrichtung aufgrund zu hoher Erwärmung zu vermeiden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Schalten einer Last (L) an das hohe oder das niedere Potential (VDD5_IGN, GND) einer Versorgungsspannung mittels Schaltelemente (HS, LS), und zum Testen des Zustande der Verbindung der Last (L) mit einem Verbindungspunkt (5) zwischen den Schaltelementen (HS, LS),
bei der ein erstes Schaltelement (HS) zwischen das hohe Ver- sorgungs spannungspotential (VDD5_IGN) und den Verbindungspunkt (5) und ein zweites Schaltelement (LS) zwischen den Verbindungspunkt (5) und das niedere Versorgungsspannungspotential (±) geschaltet ist,
wobei die Vorrichtung (1) zumindest eine Spannungs- oder Stromguelle (3) aufweist, die an den Verbindungspunkt (5) zuschaltbar ist, und
wobei die Vorrichtung (1) eine Potentialauswerteschaltung (4) aufweist, die mit dem Verbindungspunkt (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet ,
dass die Potentialauswerteschaltung (4) mit zumindest zwei
Komparatoren (Kl, K2 ) gebildet ist, wobei der Referenzeingang des ersten Komparators (Kl) mit einer Spannungsguelle für eine niedere Spannung (VLVT) und der Referenzeingang des zweiten Komparators (K2) mit einer Spannungsguelle für eine Spannung für eine Leitungsunterbrechung (V0L) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ausgebildet ist, als Last (L) den Leistungstransistor (IGBT) zum Bestromen einer Zündspule eines Kraftfahrzeugs zu schalten.
3. Verfahren zum Testen der Verbindung einer mit einem Verbindungspunkt (5) verbundenen Last (L) ,
wobei der Verbindungspunkt (5) zwischen einem ersten Schaltelement (HS), das zwischen ein hohes Versorgungs spannungspo- tential (VDD5_IGN) und den Verbindungspunkt (5) geschaltet ist und einem zweiten Schaltelement (LS), das zwischen den Verbindungspunkt (5) und ein niederes Ver sorgungsspannungspo- tential (GND) geschaltet ist, ausgebildet ist,
wobei im ausgeschalteten Zustand der beiden Schaltelemente (HS, LS) durch zumindest eine zu dem Verbindungspunkt (5) zugeschaltete Spannungs- oder Stromguelle (3) ein Potential an dem Verbindungspunkt (5) aufgebaut wird und
wobei mittels einer Potentialauswerteschaltung (4) überprüft wird, ob sich das Potential (VOÜT) in einem definierten Potentialbereich zwischen einer niederen Spannung (VLVT) und einer Spannung für eine Leitungsunterbrechung (V0L) befindet und falls ja, auf eine Leitungsunterbrechung zwischen dem Verbindungspunkt (5) und der Last (L) geschlossen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbauen des Potentials (V0UT) am Verbindungspunkt (5) erfolgt, nachdem zunächst das erste Schaltelement (HS) und anschließend das zweite Schaltelement (LS) ein- und wieder ausgeschaltet wurden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung des Potentials (VOÜT) am Verbindungspunkt (5) während einer vorgegebenen PrüfZeitdauer ( toL_iG r tüiAo) erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die PrüfZeitdauer ( tOL_IGN tDIAG) in Abhängigkeit von kapazitiven Anteilen der Last (L) festgelegt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die PrüfZeitdauer ( tOL_IGN tDIAG) aus einer Anzahl aufeinanderfol¬ genden EinzelprüfZeitdauern zusammengesetzt ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung einer Leitungsunterbrechung innerhalb eines vorgegebenen Prüfschemas erfolgt, bei dem auch Kurzschlüsse des Verbindungspunktes (5) gegen das hohe und/oder das niedere Versorgungsspannungspotential (VDD5_IGN, J_) geprüft werden .
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