WO2018069074A1 - Verfahren zum erkennen eines kurzschlusses über eine last - Google Patents

Verfahren zum erkennen eines kurzschlusses über eine last Download PDF

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WO2018069074A1
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voltage
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PCT/EP2017/074930
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Johannes ZONDLER
Yannick Chauvet
Federico Ignacio Sanchez Pinzon
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting a short circuit via a load
  • Bridge circuits can e.g. in motor vehicles for controlling electromagnetic actuators, such as injection injectors or valves are used.
  • a bridge circuit may have a load for this purpose, e.g. an inductive load, which can be controlled via a plurality of switches.
  • a first part of the switches may be connected between the inductive load and a high potential in one or more highside paths, while another part of the switches is connected between the inductive load and a low potential in one or more low side paths.
  • a method for detecting a short circuit via a load in a circuit arrangement with the load, a high-side path and a low-side path, as well as a computing unit and a computer program for carrying it out with the features of the independent patent claims are proposed.
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
  • a high-side switch is connected between a first potential terminal and a first terminal of the load.
  • a low-side switch is connected between a second potential terminal and the second terminal of the load.
  • the load is controlled by the highside and lowside switches.
  • the load may be formed as an inductive load, e.g. when
  • the first potential terminal is suitably electrically connected to a comparatively high potential, e.g. with a supply voltage, the second potential connection expediently with a comparatively low potential, in particular with ground.
  • a high-side or low-side switch in each case a single switching element can be used or in each case a number of switching elements, possibly of different types.
  • transistors in particular MOSFET transistors or IGBTs, can be used as high-side and low-side switches.
  • a short circuit on the load or a short circuit of the first and second terminals of the load can be detected.
  • a first voltage value (as an indicator of the current in the path) is determined in the highside path and a second voltage value (as an indicator of the current in the path) in the lowside path.
  • a first check it is checked whether the first voltage value or the second voltage value exceeds a threshold value at least for the duration of a predetermined time interval (so-called filter time). If this is the case, ie if one of the two voltage values exceeds the threshold value for at least the duration of the time interval, a second check is performed.
  • a mere exceeding of this threshold indicates in particular an overcurrent. From such an overcurrent results in particular a corresponding overvoltage. This can also be a short-term overcurrent due to regular voltage fluctuations. However, if such an overcurrent persists for the duration of the predetermined time interval, this indicates a short circuit.
  • the first voltage value in the highside path exceeds the threshold at least for the time interval, it could be a short to ground. If the second voltage value in the low-side path exceeds the threshold value at least for the time interval, this could in particular be a short-circuit to the supply voltage or battery.
  • a short circuit across the load causes such a permanent overcurrent in both the highside path and the lowside path.
  • the current through the high-side switch and the low-side switch and thus also the first and second voltage values are identical or at least substantially identical.
  • This circumstance makes use of the invention. If a short circuit has already been detected in one of the two paths, ie if one of the two voltage values exceeds the threshold value at least for the time interval, and if at least one overcurrent is detected in the other of the two paths, ie if the other of the two voltage values currently exceeds the threshold value exceeds, is closed to a short circuit on the load. In such a case, it is not or at least unlikely that there is a short circuit in one of the two paths at the same time and an overcurrent in the other of the two paths, so that in this case can be reliably concluded that a short circuit on the load.
  • the invention thus offers a low-cost possibility of detecting a short circuit across the load as quickly as possible and reliably.
  • the two voltage values are determined anyway in the regular operation of the circuit arrangement, so that no additional measurement effort is required.
  • the invention allows a material-friendly and fastest possible detection of load short circuits.
  • no material-consuming sequence control is necessary.
  • the detection can largely be carried out in a digital part, expediently in a control unit. Since this control unit does not have to perform a complex process control, it can be smaller and less expensive held as a controller for performing conventional methods.
  • software may be created to perform the method with less complexity, which may continue to save costs.
  • the load can also be controlled by a bridge circuit or an H bridge circuit. Accordingly, in a second high side path, a second high side switch may be connected between the first potential terminal and the second terminal of the load. A second low-side switch may be connected in a second low-side path between the second potential terminal and the first terminal of the load.
  • the method advantageously also detects a short circuit in the high side path or the low side path and differentiates it from a short circuit via the load. If one of the two voltage values the threshold value at least for the duration of the predetermined time interval If the other of the two voltage values does not currently exceed the threshold value, then it is advantageously recognized that there is a short circuit in the path in which the voltage value is determined which exceeds the threshold value for the duration of the predetermined time interval.
  • a respective bit is set in a register as long as it is detected that the first and / or the second voltage value exceeds the threshold value.
  • a bit is thus provided both for the high-side path and for the low-side path. Accordingly, it is noted in the corresponding register that an overcurrent is currently detected in one of the paths.
  • the step of checking whether the other of the two voltage values currently exceeds the threshold value comprises checking whether a corresponding bit in the register is set for the other of the two voltage values.
  • the first voltage value is determined as a voltage drop across the highside switch.
  • the second voltage value is advantageously determined as a voltage drop across the low side switch.
  • the voltage values in these cases can be determined as voltage drops across a drain-source resistor of the respective switch. This is a low-cost method for determining the current in the respective path.
  • a first resistance element is connected in the highside path, in particular a shunt resistance.
  • this first resistor element is connected between the high-side switch and the first potential terminal.
  • the first voltage value is preferably determined as a voltage drop across this first resistance element.
  • a shunt resistor can also be provided in the low-side path.
  • a second resistance element is connected, expediently between the low-side switch and the second potential connection.
  • the second voltage value is determined as a voltage drop across this second resistance element. This is a proven and accurate way to determine the current in each path.
  • the circuit arrangement is used in a motor vehicle.
  • an element in a motor vehicle is controlled by a load, in particular an actuator of the motor vehicle.
  • the load may be, for example, a coil (e.g., for generating a magnetic field, magnetic actuator, e.g., valve, flap, injector, etc.).
  • the first potential connection can be electrically connected to the supply voltage of a motor vehicle electrical system or to a motor vehicle battery, and the second potential connection to vehicle ground.
  • the method to detect a short circuit via a load in a motor vehicle.
  • a defect of a corresponding actuator can thus be detected early on and appropriate measures can be taken, so that a security defect of the entire motor vehicle can not occur due to a defect in the actuator.
  • an electromagnetically operable actuator is controlled as a load.
  • a physical variable which is influenced by the actuator, can be adjusted to a desired nominal value.
  • the actuator Due to the pulsed driving, in particular in the course of a pulse width modulation, the actuator can advantageously be continuously controlled and a corresponding influenced by the actuator physical variable can be changed continuously.
  • an injector or magnetic injector is actuated by driving the load, in particular a fuel injection injector.
  • a magnet armature By driving the inductive load in particular a magnet armature is moved from its rest position, whereby a fuel flow is released.
  • the armature can be held in a desired position, whereby a fuel flow or an injected fuel amount can be controlled.
  • a valve can be controlled by means of the load, for example a valve of an internal combustion engine, for example an exhaust gas recirculation valve.
  • the valve By driving the inductive load, the valve can be opened in particular from its closed position.
  • pulsed particular driving the valve can be kept in a desired opening position, in particular analogous to an injector.
  • a flap is activated by means of the load, e.g. a throttle valve for controlling a sucked air quantity of an internal combustion engine.
  • the opening position of such a flap can be kept in particular by pulsed driving in particular to a desired value.
  • An arithmetic unit according to the invention e.g. a control device of a motor vehicle is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.
  • Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical
  • Memory such as Hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.). Another implementation of the storage option can be an internal one
  • Figure 1 shows schematically a circuit arrangement with a load, wherein a short circuit on the load in the course of a preferred embodiment of the method according to the invention can be detected.
  • FIG. 2 schematically shows a further circuit arrangement with a load, wherein a short circuit across the load in the course of a preferred embodiment of the method according to the invention can be detected.
  • FIG. 3 schematically shows a preferred embodiment of the method according to the invention as a block diagram.
  • FIG. 1 schematically shows a circuit arrangement 100 with a load 110.
  • the circuit arrangement 100 is arranged in a motor vehicle.
  • the load 110 is in this example designed as an inductive load, e.g. as a coil, and is for example part of a valve of an internal combustion engine, e.g. an exhaust gas recirculation valve.
  • the load 1 10 may also be formed as a resistive load.
  • the circuit arrangement 100 is connected between a first potential terminal 101 and a second potential terminal 102.
  • the first Potential terminal 101 is electrically connected, for example, to a motor vehicle battery 103 in a motor vehicle electrical system, second potential terminal 102 to ground 104.
  • Load 1 10 has a first terminal 11 and a second terminal 112.
  • a high-side switch 121 is connected between the first potential terminal 101 and the first terminal 1 1 1 of the load 1 10. Furthermore, in the high-side path 120, a first resistance element 122 or a first shunt resistance 122 is connected between the high-side switch 121 and the first potential connection 101.
  • a low-side switch 131 is connected between the second potential terminal 102 and the second terminal 12 of the load 110.
  • a second resistance element 132 or a second shunt resistance 132 is connected between the low-side switch 131 and the second potential terminal 102.
  • the high-side and low-side switches 121, 131 may each be designed, for example, as a MOSFET transistor.
  • a first comparator 123 is provided for determining a first voltage value in the highside path 120 and comparing it to a threshold. For example, a voltage drop across a drain-source resistor of the high-side switch 121, in particular if no shunt resistor is provided, and / or a voltage drop across the first shunt resistor 122 can be determined as the first voltage value.
  • a second comparator 133 is provided for determining a second voltage value in the low side path 130 and comparing it to a threshold. Analogously to the first voltage value, this second voltage value may also be determined as a voltage drop across a drain-source resistor of the low-side switch 131, in particular if no shunt resistor is provided, and / or as a voltage drop across the second shunt resistor 132 ,
  • a controller 140 is provided for driving the switches 121, 131. By this control, in particular a current through the load 1 10 set and the corresponding valve can be opened in particular from its closed position or vice versa. By pulsed particular driving the valve can be kept in a desired position.
  • the controller 140 in particular programmatically, is adapted to perform a preferred embodiment of a method according to the invention, as will be explained below with reference to FIG.
  • the circuit arrangement can also be used, for example, as an
  • Bridge circuit be configured. Such an H-bridge circuit is shown schematically in FIG. 2 and designated by 100 '. Identical reference numerals in the figures designate identical or identical elements.
  • the H bridge circuit 100 also has a second high side path 120' and a second low side path 130 '.
  • a second high-side switch 121' is connected between the first potential connection 101 and the second connection 1 12 of the load 1 10.
  • a second low-side switch 131' between the second potential terminal 102 and the first terminal 1 1 1 of the load 1 10 is connected.
  • the shunt resistors 122 and 132 are provided in common in the illustrated example for both high-side paths 120 and 120 'and for both low-side paths 130 and 130'. However, it is also possible to provide a separate shunt resistor for each highside path 120, 120 'and for each low side path 130, 130'. For the individual high-side and low-side paths 120, 120 ', 130, 130', corresponding comparators may be provided in each case, which are not shown in FIG. 2 for the sake of clarity.
  • FIG. 3 a block diagram.
  • the method is explained here purely by way of example with respect to the highside path 120 with the highside switch 121 and the lowside path 130 with the low side switch 131, but is intended to be analogous to the highside path 120 'with the highside switch.
  • the first voltage value is determined as a voltage drop across the drain-source resistance of the highside switch 121 or across the shunt resistor 122.
  • the voltage drop across the drain-source resistance of the low-side switch 131 or across the shunt resistor 132 is determined.
  • a step 21 1 it is checked by the comparator 123 whether the first voltage value exceeds a threshold value. If so, this indicates an overcurrent in the highside path 120, resulting in a corresponding overvoltage.
  • a corresponding bit is set in a register in the control unit 140 in step 212. Setting this bit also starts a time counter.
  • step 213 it is checked whether the first voltage value exceeds the threshold value for at least a predetermined time interval (so-called filter time). If this is not the case, the overcurrent has only occurred due to usual voltage fluctuations. However, if the first voltage value always exceeds the threshold value for at least the entire time interval, this indicates a short circuit. This could be a short circuit to ground or a short circuit across the load 1 10.
  • step 214 it is checked in step 214 whether the second voltage value currently exceeds the threshold value. In particular, it is checked for this purpose whether a corresponding bit is currently set in the register.
  • the comparator 133 can check whether the second voltage value exceeds the threshold value. If it is detected that a corresponding bit is set in the register in step 222 and the time counter is started.
  • step 223 it is checked in analogy to step 213 whether the second voltage value exceeds the threshold value at least for the time interval. If there is only a short-term overcurrent, that is not the case. If the second voltage value always exceeds the threshold value for at least the entire time interval, this indicates either a short circuit to the battery or a short circuit across the load 1 10.
  • step 224 it is checked whether the first voltage value currently exceeds the threshold value, in particular by checking whether the corresponding bit in the register is currently set.
  • a short circuit to battery is detected according to step 225.
  • a short circuit across the load 110 is detected according to step 230 if the first voltage value also currently exceeds the threshold value.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses über eine Last (110) in einer Schaltungsanordnung (100) mit der Last (110), einem Highside-Pfad (120) und einem Lowside-Pfad (130), wobei in dem Highside-Pfad (120) ein Highside-Schalter (121) zwischen einem ersten Potentialanschluss (101) und einem ersten Anschluss (111, 112) der Last (110) geschaltet ist und wobei in dem Lowside-Pfad (130) ein Lowside-Schalter (131) zwischen einem zweiten Potentialanschluss (102) und dem zweiten Anschluss (111, 112) der Last (110) geschaltet ist, wobei in dem Highside-Pfad (120) ein erster Spannungswert und in dem Lowside-Pfad (130) ein zweiter Spannungswert bestimmt werden, wobei überprüft wird, ob der erste Spannungswert oder der zweite Spannungswert mindestens für die Dauer eines vorgegebenen Zeitintervalls den Schwellwert überschreiten, wobei, wenn dies der Fall ist, überprüft wird, ob der andere der beiden Spannungswerte den Schwellwert momentan überschreitet, wobei, wenn dies ebenfalls der Fall ist, ein Kurzschluss über die Last (110) erkannt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses über eine Last Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines
Kurzschlusses über eine Last in einer Schaltungsanordnung mit der Last, einem Highside-Pfad und einem Lowside-Pfad sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung. Stand der Technik
Brückenschaltungen können z.B. in Kraftfahrzeugen zur Ansteuerung von elektromagnetischen Aktoren, wie beispielsweise Einspritzinjektoren oder Ventilen, verwendet werden. Eine Brückenschaltung kann zu diesem Zweck eine Last aufweisen, z.B. eine induktive Last, welche über eine Vielzahl von Schaltern angesteuert werden kann. Ein erster Teil der Schalter kann zwischen der induktiven Last und einem hohen Potential in einem oder mehreren Highside- Pfaden geschaltet sein, während ein anderer Teil der Schalter zwischen der induktiven Last und einem niedrigen Potential in einem oder mehreren Lowside- Pfaden geschaltet ist.
In der EP 810444 A1 werden der Strom in einem Highside-Pfad und der Strom in einem Lowside-Pfad einer Schaltungsanordnung jeweils mit einem Schwellwert verglichen. Ein Kurzschluss über die Last wird erkannt, wenn in beiden Pfaden gleichzeitig für mindestens die Filterzeit eine Überstromsituation vorliegt.
In der DE 10 201 1 088 912 A1 werden unterschiedliche Schwellwerte für Highside-Pfad und Lowside-Pfad überwacht. Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses über eine Last in einer Schaltungsanordnung mit der Last, einem Highside-Pfad und einem Lowside-Pfad sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. In dem Highside-Pfad der Schaltungsanordnung ist ein Highside-Schalter zwischen einem ersten Potentialanschluss und einem ersten Anschluss der Last geschaltet. In dem Lowside-Pfad ist ein Lowside-Schalter zwischen einem zweiten Potentialanschluss und dem zweiten Anschluss der Last geschaltet. Durch den Highside- und Lowside-Schalter wird die Last angesteuert. Beispielsweise kann die Last als eine induktive Last ausgebildet sein, z.B. als
Spule.
Der erste Potentialanschluss ist zweckmäßigerweise mit einem vergleichsweise hohen Potential elektrisch verbunden, z.B. mit einer Versorgungsspannung, der zweite Potentialanschluss zweckmäßigerweise mit einem vergleichsweise niedrigen Potential, insbesondere mit Masse.
Als Highside- bzw. Lowside-Schalter kann jeweils ein einzelnes Schaltelement verwendet werden oder auch jeweils eine Anzahl von Schaltelementen, gegebenenfalls unterschiedlicher Bauart. Beispielsweise können Transistoren, insbesondere MOSFET-Transistoren oder IGBTs, als Highside- und Lowside- Schalter verwendet werden.
Im Zuge des Verfahrens kann ein Kurzschluss über die Last bzw. ein Kurzschluss des ersten und zweiten Anschlusses der Last erkannt werden. Zu diesem Zweck wird in dem Highside-Pfad ein erster Spannungswert (als Indikator für den Strom in dem Pfad) bestimmt und in dem Lowside-Pfad ein zweiter Spannungswert (als Indikator für den Strom in dem Pfad). Im Zuge einer ersten Uberprüfung wird überprüft, ob der erste Spannungswert oder der zweite Spannungswert mindestens für die Dauer eines vorgegebenen Zeitintervalls (sog. Filterzeit) einen Schwellwert überschreitet. Wenn dies der Fall ist, wenn also einer der beiden Spannungswerte mindestens für die Dauer des Zeitintervalls den Schwellwert überschreitet, wird eine zweite Überprüfung durchgeführt. Im Zuge dieser zweiten Überprüfung wird überprüft, ob der andere der beiden Spannungswerte momentan den Schwellwert überschreitet. Wenn dies ebenfalls der Fall ist, wird ein Kurzschluss über die Last erkannt. Zweckmäßigerweise kann jeweils ein Komparator vorgesehen sein, um den jeweiligen Spannungswert mit dem Schwellwert zu vergleichen.
Ein bloßes Überschreiten dieses Schwellwerts deutet insbesondere auf einen Überstrom hin. Aus einem derartigen Überstrom resultiert insbesondere eine entsprechende Überspannung. Dabei kann es sich auch um einen kurzzeitigen Überstrom aufgrund regulärer Spannungsschwankungen handeln. Wenn ein derartiger Überstrom jedoch für die Dauer des vorgegebenen Zeitintervalls anhält, deutet dies auf einen Kurzschluss hin.
Dabei muss es sich noch nicht notwendigerweise um einen Kurzschluss über die Last handeln, sondern es könnte sich auch um einen Kurzschluss in dem jeweiligen Pfad handeln. Wenn der erste Spannungswert in dem Highside-Pfad den Schwellwert mindestens für das Zeitintervall überschreitet, könnte es sich insbesondere um einen Kurzschluss nach Masse handeln. Wenn der zweite Spannungswert in dem Lowside-Pfad den Schwellwert mindestens für das Zeitintervall überschreitet, könnte es sich insbesondere um einen Kurzschluss nach Versorgungsspannung bzw. Batterie handeln.
Bei einem Kurzschluss über die Last kommt es zu einem derartigen permanenten Überstrom sowohl im Highside-Pfad als auch im Lowside-Pfad. Insbesondere sind dabei der Strom durch den Highside-Schalter und den Lowside-Schalter und somit auch der erste und zweite Spannungswert identisch oder zumindest im Wesentlichen identisch. Diesen Umstand macht sich die Erfindung zu Nutze. Wenn bereits ein Kurzschluss in einem der beiden Pfade erkannt wurde, wenn also einer der beiden Spannungswerte mindestens für das Zeitintervall den Schwellwert überschreitet, und wenn zumindest ein Überstrom in dem anderen der beiden Pfade erkannt wird, wenn also der andere der beiden Spannungswerte den Schwellwert momentan überschreitet, wird auf einen Kurzschluss über die Last geschlossen. In einem derartigen Fall ist es nicht oder zumindest kaum wahrscheinlich, dass gleichzeitig ein Kurzschluss in einem der beiden Pfade und ein Überstrom in dem anderen der beiden Pfade vorliegt, so dass in diesem Fall zuverlässig auf einen Kurzschluss über die Last geschlossen werden kann.
Die Erfindung bietet somit eine aufwandsarme Möglichkeit, schnellstmöglich und zuverlässig einen Kurzschluss über die Last zu erkennen. Zweckmäßigerweise werden die beiden Spannungswerte ohnehin im regulären Betrieb der Schaltungsanordnung bestimmt, so dass es keines zusätzlichen Messaufwands bedarf.
Es ist aufgrund von Bauteiltoleranzen nicht immer gegeben, dass ein Überstrom für beide Pfade exakt zur selben Zeit detektiert wird. Daher ist es bei herkömmlichen Verfahren oftmals notwendig, aufwendige und zeitintensive Ablaufsteuerungen durchzuführen, im Zuge welcher die einzelnen Highside- und Lowside-Schalter in verschiedenen Kombinationen mehrfach an- und ausgeschaltet werden, um einen Kurzschluss über die Last sicher detektieren zu können. Nicht nur dauert es mit einem herkömmlichen Verfahren vergleichsweise lange, bis ein Kurzschluss über die Last erkannt werden kann, die entsprechenden Bauteile werden durch die Ablaufsteuerung auch stark belastet.
Im Gegensatz dazu ermöglicht die Erfindung eine materialschonende und schnellstmögliche Erkennung von Lastkurzschlüssen. Es ist insbesondere keine materialbeanspruchende Ablaufsteuerung notwendig. Weiterhin wird für das Verfahren insbesondere kein zusätzlicher Schaltungsaufwand benötigt, die Erkennung kann größtenteils in einem Digitalteil, zweckmäßigerweise in einem Steuergerät, durchgeführt werden. Da dieses Steuergerät keine aufwendige Ablaufsteuerung durchführen muss, kann es kleiner und kostengünstiger gehalten werden, als Steuergerät zum Durchführen herkömmlicher Verfahren. Ebenso kann eine Software zum Durchführen des Verfahrens mit weniger Komplexität erstellt werden, wodurch weiterhin Kosten eingespart werden können.
Es sei angemerkt, dass auch im Zuge des Verfahrens ein Kurzschluss über die Last erkannt wird, wenn der erste Spannungswert und der zweite Spannungswert gleichzeitig während des vorgegebenen Zeitintervalls den Schwellwert überschreiten.
Wie einleitend erläutert, ist es auch möglich, für Kurzschlusserkennungsverfahren unterschiedliche Schwellwerte zu verwenden. Im Gegensatz dazu wird für das vorliegende Verfahren für beide Pfade derselbe Schwellwert überwacht, so dass das vorliegende Verfahren mit weitaus weniger Aufwand durchgeführt werden kann.
Es versteht sich, dass die Last auch durch eine Brückenschaltung bzw. eine H- Brückenschaltung angesteuert werden kann. Demgemäß kann in einem zweiten Highside-Pfad zwischen dem ersten Potentialanschluss und dem zweiten Anschluss der Last ein zweiter Highside-Schalter geschaltet sein. In einem zweiten Lowside-Pfad zwischen dem zweiten Potentialanschluss und dem ersten Anschluss der Last kann ein zweiter Lowside-Schalter geschaltet sein.
Die vorliegende Beschreibung soll ohne Beschränkung der Allgemeinheit gleichermaßen für derartige zweite Highside- und Lowside-Schalter gelten. Wenn in der vorliegenden Beschreibung von "dem Highside-Schalter" und "dem Lowside-Schalter" die Rede ist, sollen insbesondere diejenigen Schalter derjenigen Highside- und Lowside-Pfade zu verstehen sein, welche zum Ansteuern der Last geöffnet bzw. stromführend geschaltet sind.
Durch das Verfahren kann vorteilhafterweise ebenfalls ein Kurzschluss in dem Highside-Pfad oder dem Lowside-Pfad erkannt und von einem Kurzschluss über die Last unterschieden werden. Wenn einer der beiden Spannungswerte den Schwellwert mindestens für die Dauer des vorgegebenen Zeitintervalls überschreitet und wenn der andere der beiden Spannungswerte den Schwellwert momentan nicht überschreitet, dann wird vorteilhafterweise erkannt, dass ein Kurzschluss in dem Pfad vorliegt, in welchem der Spannungswert bestimmt wird, welcher der für die Dauer des vorgegebenen Zeitintervalls den Schwellwert überschreitet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein jeweiliges Bit in einem Register gesetzt, solange erkannt wird, dass der erste und/oder der zweite Spannungswert den Schwellwert überschreiten. Insbesondere ist somit sowohl für den Highside-Pfad als auch für den Lowside-Pfad ein derartiges Bit vorgesehen. In dem entsprechenden Register wird demgemäß vermerkt, dass momentan in einem der Pfade ein Überstrom erkannt wird.
Vorzugsweise umfasst der Schritt des Überprüfens, ob der andere der beiden Spannungswerte den Schwellwert momentan überschreitet, das Überprüfen, ob für den anderen der beiden Spannungswerte ein entsprechendes Bit in dem Register gesetzt ist. Dadurch wird der zweite Auswerteschritt signifikant vereinfacht und kann im Wesentlichen sofort abgeschlossen werden.
Vorteilhafterweise wird der erste Spannungswert als ein Spannungsabfall über dem Highside-Schalter bestimmt. Der zweite Spannungswert wird vorteilhafterweise als ein Spannungsabfall über dem Lowside-Schalter bestimmt. Insbesondere können die Spannungswerte in diesen Fällen als Spannungsabfälle über einem Drain-Source-Widerstand des jeweiligen Schalters bestimmt werden. Dies ist eine aufwandsarme Methode zum Ermitteln des Stroms in dem jeweiligen Pfad.
Bevorzugt ist in dem Highside-Pfad ein erstes Widerstandselement geschaltet, insbesondere ein Shunt-Widerstand. Zweckmäßigerweise ist dieses erste Widerstandselement zwischen Highside-Schalter und erstem Potentialanschluss geschaltet. Der erste Spannungswert wird vorzugsweise als Spannungsabfall über diesem ersten Widerstandselement bestimmt. Vorteilhafterweise kann alternativ oder zusätzlich auch in dem Lowside-Pfad ein derartiger Shunt- Widerstand vorgesehen sein. Bevorzugt ist in diesem Fall in dem Lowside-Pfad ein zweites Widerstandselement geschaltet, zweckmäßigerweise zwischen Lowside-Schalter und zweitem Potentialanschluss. Vorzugsweise wird der zweite Spannungswert als Spannungsabfall über diesem zweiten Widerstandselement bestimmt. Dies ist eine erprobte und genaue Methode zum Ermitteln des Stroms in dem jeweiligen Pfad.
Vorteilhafterweise wird die Schaltungsanordnung in einem Kraftfahrzeug verwendet. Vorzugsweise wird durch als Last ein Element in einem Kraftfahrzeug angesteuert, insbesondere ein Aktor des Kraftfahrzeugs. Die Last kann beispielsweise eine Spule (z.B. zur Erzeugung eines Magnetfelds; Magnetaktor, z.B. Ventil, Klappe, Injektor usw.) sein. Der erste Potentialanschluss kann in diesem Fall beispielsweise mit der Versorgungsspannung eines Kraftfahrzeugbordnetzes bzw. mit einer Kraftfahrzeugbatterie elektrisch verbunden sein und der zweite Potentialanschluss mit Fahrzeugmasse.
Somit kann durch das Verfahren besonders vorteilhaft ein Kurzschluss über eine Last in einem Kraftfahrzeug erkannt werden. Insbesondere kann somit frühzeitig ein Defekt eines entsprechenden Aktors erkannt werden und es können entsprechende Maßnahmen durchgeführt werden, so dass es durch einen Defekt des Aktors zu keinem Sicherheitsrisiko des gesamten Kraftfahrzeugs kommen kann.
Vorzugsweise wird als Last ein elektromagnetisch betätigbarer Aktor angesteuert. Beispielsweise kann durch gepulstes Ansteuern eine physikalische Größe, welche durch den Aktor beeinflusst wird, auf einen gewünschten Soll-
Wert geregelt werden. Durch das gepulste Ansteuern, insbesondere im Zuge einer Pulsbreitenmodulation, kann der Aktor zweckmäßigerweise stufenloses angesteuert werden und eine entsprechende durch den Aktor beeinflusste physikalische Größe kann kontinuierlich verändert werden.
Vorteilhafterweise wird durch Ansteuern der Last ein Injektor bzw. Magnetinjektor angesteuert, insbesondere ein Kraftstoffeinspritzinjektor. Durch Ansteuern der induktiven Last wird insbesondere ein Magnetanker aus seiner Ruhestellung bewegt, wodurch ein Kraftstofffluss freigegeben wird. Insbesondere durch gepulstes Ansteuern kann der Magnetanker in einer gewünschten Position gehalten werden, wodurch ein Kraftstoffdurchfluss bzw. eine eingespritzte Kraftstoffmenge geregelt werden kann. Vorzugsweise kann mittels der Last ein Ventil angesteuert werden, beispielsweise ein Ventil einer Brennkraftmaschine, z.B. ein Abgasrückführventil. Durch Ansteuern der induktiven Last kann das Ventil insbesondere von seiner geschlossen Stellung aus geöffnet werden. Durch insbesondere gepulstes Ansteuern kann das Ventil insbesondere analog zu einem Injektor in einer gewünschten Öffnungsstellung gehalten werden.
Bevorzugt wird mittels der Last eine Klappe angesteuert, z.B. eine Drosselklappe zur Regelung einer angesaugten Luftmenge einer Brennkraftmaschine. Auch die Öffnungsstellung einer derartigen Klappe kann insbesondere durch gepulstes Ansteuern insbesondere auf einem gewünschten Wert gehalten werden.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische
Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Eine weitere Implementierung der Speichermöglichkeit kann eine interne
Ablaufsteuerung mit logischen Gattern/Registern in einem integrierten Schaltkreis (IC) sein. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung mit einer Last, wobei ein Kurzschluss über die Last im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erkannt werden kann.
Figur 2 zeigt schematisch eine weitere Schaltungsanordnung mit einer Last, wobei ein Kurzschluss über die Last im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erkannt werden kann.
Figur 3 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 ist schematisch eine Schaltungsanordnung 100 mit einer Last 1 10 dargestellt.
Beispielsweise ist die Schaltungsanordnung 100 in einem Kraftfahrzeug angeordnet. Die Last 1 10 ist in diesem Beispiel als eine induktive Last ausgebildet, z.B. als Spule, und ist beispielsweise Teil eines Ventils einer Brennkraftmaschine, z.B. eines Abgasrückführventils. Beispielsweise kann die Last 1 10 auch als eine ohmsche Last ausgebildet sein.
Die Schaltungsanordnung 100 ist zwischen einen ersten Potentialanschluss 101 und einen zweiten Potentialanschluss 102 geschaltet. Der erste Potentialanschluss 101 ist beispielsweise mit einer Kraftfahrzeugbatterie 103 in einem Kraftfahrzeugbordnetz elektrisch verbunden, der zweite Potentialanschluss 102 mit Masse 104. Die Last 1 10 weist einen ersten Anschluss 1 1 1 und einen zweiten Anschluss 1 12 auf.
In einem Highside-Pfad 120 ist ein Highside-Schalter 121 zwischen dem ersten Potentialanschluss 101 und dem ersten Anschluss 1 1 1 der Last 1 10 geschaltet. Weiterhin ist in dem Highside-Pfad 120 ein erstes Widerstandselement 122 bzw. ein erster Shunt-Widerstand 122 zwischen dem Highside-Schalter 121 und dem ersten Potentialanschluss 101 geschaltet.
In einem Lowside-Pfad ist ein Lowside-Schalter 131 zwischen dem zweiten Potentialanschluss 102 und dem zweiten Anschluss 1 12 der Last 1 10 geschaltet. Ein zweites Widerstandselement 132 bzw. ein zweiter Shunt-Widerstand 132 ist zwischen dem Lowside-Schalter 131 und dem zweiten Potentialanschluss 102 geschaltet. Die Highside- und Lowside-Schalter 121 , 131 können beispielsweise jeweils als ein MOSFET-Transistor ausgebildet sein.
Ein erster Komparator 123 ist vorgesehen, um einen ersten Spannungswert in dem Highside-Pfad 120 zu bestimmten und mit einem Schwellwert zu vergleichen. Beispielsweise kann dabei ein Spannungsabfall über einem Drain- Source-Widerstand des Highside-Schalters 121 , insbesondere wenn kein Shunt- Widerstand vorgesehen ist, und/oder ein Spannungsabfall über dem ersten Shunt-Widerstand 122 als erster Spannungswert bestimmt werden.
Ein zweiter Komparator 133 ist vorgesehen, um einen zweiten Spannungswert in dem Lowside-Pfad 130 zu bestimmten und mit einem Schwellwert zu vergleichen. Analog zu dem ersten Spannungswert kann auch dieser zweite Spannungswert als ein Spannungsabfall über einem Drain-Source-Widerstand des Lowside-Schalters 131 , insbesondere wenn kein Shunt-Widerstand vorgesehen ist, und/oder als ein Spannungsabfall über dem zweiten Shunt- Widerstand 132 bestimmt werden. Ein Steuergerät 140 ist zum Ansteuern der Schalter 121 , 131 vorgesehen. Durch diese Ansteuerung kann insbesondere ein Strom durch die Last 1 10 eingestellt und das entsprechende Ventil kann insbesondere von seiner geschlossen Stellung aus geöffnet werden oder umgekehrt. Durch insbesondere gepulstes Ansteuern kann das Ventil in einer gewünschten Stellung gehalten werden.
Im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann erkannt werden, ob ein Kurzschluss über die Last 1 10 bzw. ein Kurzschluss zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss 1 1 1 und 1 12 vorliegt. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 140, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wie weiter unten in Bezug auf Figur 3 erklärt wird. Die Schaltungsanordnung kann beispielsweise auch als eine H-
Brückenschaltung ausgestaltet sein. Eine derartige H-Brückenschaltung ist in Figur 2 schematisch dargestellt und mit 100' bezeichnet. Identische Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder baugleiche Elemente.
Die H-Brückenschaltung 100' weist zusätzlich einen zweiten Highside-Pfad 120' und einen zweiten Lowside-Pfad 130' auf. In dem zweiten Highside-Pfad 120' ist ein zweiter Highside-Schalter 121 ' zwischen dem ersten Potentialanschluss 101 und dem zweiten Anschluss 1 12 der Last 1 10 geschaltet. In dem zweiten Lowside-Pfad 130' ist ein zweiter Lowside-Schalter 131 ' zwischen dem zweiten Potentialanschluss 102 und dem ersten Anschluss 1 1 1 der Last 1 10 geschaltet.
Die Shunt-Widerstände 122 und 132 sind in dem dargestellten Beispiel jeweils für beide Highside-Pfade 120 und 120' bzw. für beide Lowside-Pfade 130 und 130' gemeinsam vorgesehen. Es kann aber auch für jeden Highside-Pfad 120, 120' und für jeden Lowside-Pfade 130, 130' jeweils ein eigener Shunt-Widerstand vorgesehen sein. Für die einzelnen Highside- und Lowside-Pfade 120, 120', 130, 130' können jeweils entsprechend Komparatoren vorgesehen sein, welche der Übersichtlichkeit halber in Figur 2 nicht dargestellt sind.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert, welche in Figur 3 schematisch als ein Blockdiagramm dargestellt ist. Das Verfahren wird dabei rein beispielhaft in Bezug auf den Highside-Pfad 120 mit dem Highside-Schalter 121 und den Lowside-Pfad 130 mit dem Lowside-Schalter 131 erläutert, soll jedoch in analoger Weise für den Highside-Pfad 120' mit dem Highside-Schalter 121 ' und den Lowside-Pfad 130' mit dem Lowside-Schalter 131 ' gelten.
Gemäß Schritt 201 wird der erste Spannungswert als Spannungsabfall über dem Drain-Source-Widerstand des Highside-Schalters 121 oder über dem Shunt- Widerstand 122 bestimmt. Als zweiter Spannungswert wird der Spannungsabfall über dem Drain-Source-Widerstand des Lowside-Schalters 131 oder über dem Shunt-Widerstand 132 bestimmt.
In einem Schritt 21 1 wird von dem Komparator 123 überprüft, ob der erste Spannungswert einen Schwellwert überschreitet. Wenn dies der Fall ist, deutet dies auf einen Überstrom in dem Highside-Pfad 120 hin, aus welchem eine entsprechende Überspannung resultiert.
Bei erkanntem Überschreiten des Schwellwerts wird in Schritt 212 ein entsprechendes Bit in einem Register in dem Steuergerät 140 gesetzt. Mit Setzen dieses Bits wird auch ein Zeitzähler gestartet.
In Schritt 213 wird überprüft, ob der erste Spannungswert mindestens für ein vorgegebenes Zeitintervall (sog. Filterzeit) den Schwellwert überschreitet. Wenn dies nicht der Fall ist, ist der Überstrom nur aufgrund üblicher Spannungsschwankungen aufgetreten. Wenn der erste Spannungswert jedoch mindestens für das komplette Zeitintervall stets den Schwellwert überschreitet, deutet dies auf einen Kurzschluss hin. Dies könnte ein Kurzschluss nach Masse sein oder ein Kurzschluss über die Last 1 10.
Um zu unterscheiden, um welchen Kurzschlusstyp es sich handelt, wird in Schritt 214 überprüft, ob auch der zweite Spannungswert momentan den Schwellwert überschreitet. Insbesondere wird zu diesem Zweck überprüft, ob momentan ein entsprechendes Bit in dem Register gesetzt ist.
Wenn der zweite Spannungswert den Schwellwert momentan nicht überschreitet, wird gemäß Schritt 215 ein Kurzschluss nach Masse erkannt. Wenn der zweite Spannungswert den Schwellwert momentan ebenfalls überschreitet, wird gemäß Schritt 230 erkannt, dass ein Kurzschluss über die Last 1 10 vorliegt.
Auf analoge Weise kann im Zuge des Verfahrens in Schritt 221 von dem Komparator 133 überprüft werden, ob der zweite Spannungswert den Schwellwert überschreitet. Bei erkanntem Überschreiten wird in Schritt 222 ein entsprechendes Bit in dem Register gesetzt und der Zeitzähler gestartet.
In Schritt 223 wird analog zu Schritt 213 überprüft, ob der zweite Spannungswert mindestens für das Zeitintervall den Schwellwert überschreitet. Wenn lediglich ein kurzzeitiger Überstrom vorliegt, ist das nicht der Fall ist. Wenn der zweite Spannungswert mindestens für das komplette Zeitintervall stets den Schwellwert überschreitet, deutet dies entweder auf einen Kurzschluss nach Batterie oder einen Kurzschluss über die Last 1 10 hin.
In Schritt 224 wird überprüft, ob auch der erste Spannungswert momentan den Schwellwert überschreitet, insbesondere indem überprüft wird, ob momentan das entsprechende Bit in dem Register gesetzt ist.
Wenn der erste Spannungswert den Schwellwert momentan nicht überschreitet, wird gemäß Schritt 225 ein Kurzschluss nach Batterie erkannt. Ein Kurzschluss über die Last 1 10 wird gemäß Schritt 230 erkannt, wenn der erste Spannungswert den Schwellwert momentan ebenfalls überschreitet.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses über eine Last (1 10) in einer Schaltungsanordnung (100) mit der Last (1 10), einem Highside-Pfad (120, 120') und einem Lowside-Pfad (130, 130'),
wobei in dem Highside-Pfad (120, 120') ein Highside-Schalter (121 , 121 ') zwischen einem ersten Potentialanschluss (101 ) und einem ersten Anschluss (1 1 1 , 1 12) der Last (1 10) geschaltet ist und
wobei in dem Lowside-Pfad (130, 130') ein Lowside-Schalter (131 , 131 ') zwischen einem zweiten Potentialanschluss (102) und dem zweiten Anschluss (1 1 1 , 1 12) der Last (1 10) geschaltet ist,
wobei in dem Highside-Pfad (120, 120') ein erster Spannungswert und in dem Lowside-Pfad (130, 130') ein zweiter Spannungswert bestimmt werden (201 ),
wobei überprüft wird, ob der erste Spannungswert oder der zweite Spannungswert mindestens für die Dauer eines vorgegebenen Zeitintervalls den Schwellwert überschreitet (21 1 , 212, 213; 221 , 222, 223),
wobei, wenn dies der Fall ist, überprüft wird, ob der andere der beiden Spannungswerte den Schwellwert momentan überschreitet (214, 215), wobei, wenn dies ebenfalls der Fall ist, ein Kurzschluss über die Last erkannt wird (215, 225).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei, wenn der andere der beiden Spannungswerte den Schwellwert momentan nicht überschreitet, ein Kurzschluss in dem Pfad erkannt wird, in welchem der Spannungswert bestimmt wird, welcher mindestens für die Dauer des vorgegebenen
Zeitintervalls den Schwellwert überschritten hat (215, 225). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei, so lange erkannt wird, dass der erste und/oder der zweite Spannungswert den Schwellwert überschreiten (21 1 , 221 ), ein jeweiliges Bit in einem Register gesetzt wird (212, 222).
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Überprüfens, ob der andere der beiden Spannungswerte den Schwellwert momentan überschreitet (214, 215), das Überprüfen, ob für den anderen der beiden Spannungswerte ein entsprechendes Bit in dem Register gesetzt ist (214, 224), umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Spannungswert als ein Spannungsabfall über dem Highside-Schalter (121 , 121 ') bestimmt wird und/oder wobei der zweite Spannungswert als ein Spannungsabfall über dem Lowside-Schalter (131 , 131 ') bestimmt wird (201 ).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in dem Highside- Pfad (120, 120') ein erstes Widerstandselement (122) geschaltet ist und wobei der erste Spannungswert als Spannungsabfall über dem ersten Widerstandselement (122) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in dem Lowside- Pfad (130, 130') ein zweites Widerstandselement (132) geschaltet ist und wobei der zweite Spannungswert als Spannungsabfall über dem zweiten Widerstandselement (132) bestimmt wird.
Recheneinheit (140), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (140) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (140) ausgeführt wird.
10. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.
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