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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Diagnose einer Schaltungsanordnung auf einen Kurzschluss und/oder eine Leitungsunterbrechung. Insbesondere umfasst die Diagnose die Ermittlung von Kurzschlüssen nach einem Bezugspotential sowie nach einem Versorgungspotential. Die diagnostizierte Schaltungsanordnung umfasst zumindest zwei parallel verschaltete Lastkreise.
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Eine solche Diagnosevorrichtung wird beispielsweise zur Überprüfung der Elektrifizierung von Zündspulen oder Einspritzventilen in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Zündspulen oder Einspritzventile, allgemein Lasten, sind in diesem beispielhaften Anwendungsfall an eine gemeinsame Spannungsversorgung angeschlossen. Sie werden durch selektive, in der Regel in einem Steuergerät angeordnete, Schaltelemente ein- und ausgeschaltet, wodurch Stromkreise durch die Erzeugung von Masseverbindungen schließen bzw. öffnen. Sind die Schaltelemente zwischen der Last und der Masseverbindung angeordnet, werden diese als Low-Side-Schaltelemente bezeichnet.
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Bei der Diagnose des beschriebenen Anwendungsfalls besteht das Problem, dass durch die in jedem Lastpfad vorhandene Strom- oder Spannungsmessung eine Leitungsdiagnose nicht zwischen einem Kurzschluss nach Bezugspotential oder einer offenen Leitung unterscheiden kann. Die Unterscheidung dieser Fälle erfordert somit neben einem Strommesswiderstand pro Lastpfad eine zusätzliche analoge Diagnosebeschaltung.
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Als typische Vorgehensweise zur Erkennung eines Leitungsfehlers wird die sog. Ausschlussmethode zum Einsatz gebracht. Eine Strommessung erfolgt in der Regel mittels eines Messwiderstands (sog. Shunt), welcher in einen jeweiligen Lastpfad zwischen dem Halbleiterschaltelement und dem Bezugspotentialanschluss vorgesehen ist. Wenn bei eingeschaltetem Schaltelement der erwartete Laststrom durch den Messwiderstand fließt, können ein Kurzschluss nach Bezugspotential sowie eine offene Verbindung der Leitung zwischen der Last und dem Schaltelement ausgeschlossen werden. Fließt der erwartete Laststrom nicht, so liegt entweder der Kurzschluss nach Bezugspotential oder eine offene Leitung vor. Eine Unterscheidung zwischen diesen beiden Fehlerfällen ist mit der Strominformation alleine nicht möglich.
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Zur Unterscheidung zwischen einem Kurzschluss nach Bezugspotential und einer offenen Leitung wird daher typischerweise an den Knotenpunkt zwischen der Last und dem zugeordneten Schaltelement eine Diagnosequelle angeschlossen, deren Diagnosestrom signifikant kleiner ist als der nominale Laststrom. Die Diagnosequelle kann wahlweise als Spannungs- oder Stromquelle ausgebildet sein. Um bei einem Kurzschluss zur Versorgungsspannung einen Fehler der Diagnosespannung erkennen zu können, ist dieser typischerweise kleiner als die Versorgungsspannung.
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Im Fall einer offenen Leitung würde die Spannung am Knotenpunkt zwischen der Last und dem Schaltelement sich auf den Wert der Diagnosespannung einstellen. Im Fall eines Kurzschlusses nach Bezugspotential würde die Spannung an diesem Knotenpunkt auf einen Wert nahe dem Bezugspotential absinken. Durch Kombination der Informationen der Strom- und der Spannungsmessungen können somit Kurzschlüsse nach Bezugspotential und offene Leitungen am Schaltelement des Lastpfades unterschieden werden.
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Die Auswertung der Diagnose basiert somit ausschließlich auf Messwerten, die an dem zu diagnostizierenden Lastpfad ermittelt wurden. Hierdurch ist ein hoher Aufwand für die Diagnosevorrichtung zu treiben.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Diagnose einer Schaltungsanordnung anzugeben, welche die sichere Unterscheidung unterschiedlicher Fehlerfälle bei vereinfachtem Schaltungsaufwand ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Diagnose einer Schaltungsanordnung auf einen Kurzschluss und/oder eine Leitungsunterbrechung. Insbesondere umfasst die Diagnose die Ermittlung von Kurzschlüssen nach Bezugspotential sowie nach Versorgungspotential. Die Schaltungsanordnung umfasst zumindest zwei parallel verschaltete Lastkreise. Die Diagnosevorrichtung umfasst eine Strommesseinrichtung und eine Spannungsmesseinrichtung.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Strommesseinrichtung in einer gemeinsamen Versorgungsleitung der zumindest zwei parallel verschalteten Lastkreise verschaltet zur Bereitstellung eines den Strom in der gemeinsamen Versorgungsleitung repräsentierenden Stromsignals. Unter der gemeinsamen Versorgungsleitung ist hierbei eine in Bezug auf die parallel geschalteten Lastkreise gemeinsame Versorgungsleitung zu verstehen.
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Die Spannungsmesseinrichtung der Diagnosevorrichtung bezweckt die Erfassung und Bereitstellung einer Knotenpunktspannung jedes Lastkreises bei den beiden Schaltzuständen des jeweiligen Schaltelements.
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Ferner ist eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, der das Stromsignal und die Knotenpunktspannungen zuführbar sind, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, das Stromsignal in zumindest einen logischen Stromwert und die Knotenpunktspannungen in logische Spannungswerte zu konvertieren und anhand von vorgegebenen Kombinationen des zumindest einen logischen Stromwerts und der logischen Spannungswerte auf die Art und den Ort des Fehlers zu schließen.
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Die erfindungsgemäße Diagnosevorrichtung ermöglicht die Unterscheidung der oben genannten Fehlerfälle mit einer reduzierten Anzahl an Messmitteln. Einerseits wird dies ermöglicht durch eine einzige Strommesseinrichtung, die anstelle im Stand der Technik nicht in den jeweiligen Lastpfaden, sondern in der gemeinsamen Versorgungsleitung angeordnet ist. Dementsprechend entfallen auch die im Stand der Technik einer jeweiligen Strommesseinrichtung zugeordneten Diagnosevorrichtungen.
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Die Unterscheidung von Fehlerfällen und fehlerfreien Fällen (Gutfälle) erfolgt durch eine Kombination von Spannungsinformationen mehrerer Lastpfade bei den beiden Schaltzuständen der jeweiligen Schaltelemente. Dadurch, dass die logische Verknüpfung jeweiliger logischer Strom- und Spannungswerte erfolgt, brauchen die zur Erfassung des Stromes und der Spannungen verwendeten Messmittel auch nicht besonders präzise sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht durch ihre konstruktive Ausgestaltung die Ermittlung von Aussagen zu Stromund Spannungswerten mittels Vergleicherschaltungen. Aufwändige, genaue Analogmessungen sind nicht erforderlich.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Parallelschaltung der zumindest zwei Lastkreise zwischen einem ersten Versorgungspotentialanschluss und einem Bezugspotentialanschluss verschaltet. Diese Ausgestaltung ergibt sich aus dem Umstand, dass entgegen der bekannten Vorgehensweise die Strommesseinrichtung nicht in einem jeweiligen Lastkreis zwischen dem Schaltelement und dem Bezugspotentialanschluss vorgesehen wird. Stattdessen ist diese „High Side“ in der gemeinsamen Versorgungsleitung vorgesehen. Insbesondere ist die Strommesseinrichtung zwischen dem ersten Versorgungspotentialanschluss und einem zweiten Versorgungspotentialanschluss, der mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt ist, verschaltet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist jeder Lastkreis aus der Serienschaltung einer Last und eines steuerbaren Schaltelements gebildet. Bei der Last kann es sich beispielsweise, sofern die Diagnosevorrichtung im Umfeld von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt, um Zündspulen oder Einspritzventile handeln. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Diagnosevorrichtung ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall begrenzt, so dass die Lasten auch durch andere Komponenten gebildet sein könnten. Als steuerbares Schaltelement wird vorzugsweise ein Halbleiterschaltelement eingesetzt. Im genannten Umfeld der Kraftfahrzeuganwendung kommt in der Regel ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder ein MOSFET zum Einsatz. Hierbei kann das steuerbare Schaltelement zwischen der Last und dem Bezugspotentialanschluss verschaltet sein. Eine derartige Verschaltung ist als Low-Side-Konfiguration bekannt.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst die Strommesseinrichtung ein Messelement und einen Differenzverstärker, wobei eine über dem Messelement abfallende Spannung dem Differenzverstärker zuführbar ist, um daraus das der Auswerteeinrichtung zuführbare Stromsignal zu erzeugen. Das Messelement kann wahlweise als Strommesswiderstand oder als steuerbares Schaltelement, insbesondere Halbleiterschaltelement, ausgebildet sein. In einer dem Fachmann bekannten Weise wird bei einem steuerbaren Halbleiterschaltelement der Umstand genutzt, dass bei leitend geschaltetem Halbleiterschaltelement über der Laststrecke aufgrund eines unvermeidlichen Widerstands eine zum Stromfluss proportionale Spannung abgegriffen werden kann.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst die Auswerteeinrichtung eine Stromauswerteeinheit, welche zum Vergleich des Stromsignals mit einem ersten Schwellwert und einem zweiten Schwellwert ausgebildet ist, wobei ein Vergleichsergebnis mit dem ersten Schwellwert einen ersten logischen Stromwert und ein Vergleichsergebnis mit dem zweiten Schwellwert einen zweiten logischen Stromwert repräsentiert. Bei dieser Ausgestaltung kann die Stromauswerteeinheit bevorzugt als Fensterkomparator ausgebildet sein. Die Stromauswerteeinheit nimmt einen Vergleich des durch das Messelement der Strommesseinrichtung erfassten Stromes mit Schwellwerten vor, so dass anhand der logischen Stromwerte die Aussagen „es fließt kein Strom (viel weniger als ein nominaler Laststrom)“, „es fließt in etwa der nominale Laststrom“, „es fließt viel mehr Strom als der nominale Laststrom“ getroffen werden kann.
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In Verbindung mit einer nachfolgend näher beschriebenen Spannungsauswerteeinheit der Auswerteeinrichtung, welche ebenfalls binäre Informationen bezüglich „die Spannung entspricht in etwa der Versorgungsspannung“ und „die Spannung ist wesentlich niedriger als die Versorgungsspannung“ liefert, können die oben beschriebenen Fehlerfälle auf einfache Weise ohne aufwändige Analogmessungen ermittelt werden. Die in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehene Spannungsauswerteeinheit ist zum Vergleich einer Knotenpunktspannung mit einem ersten Schwellwert und einem zweiten Schwellwert ausgebildet, wobei ein Vergleichsergebnis mit einem ersten Schwellwert einen ersten logischen Spannungswert und ein Vergleichsergebnis mit einem zweiten Schwellwert einen zweiten logischen Spannungswert repräsentiert.
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Auch bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Spannungsauswerteeinheit kann diese einen Fensterkomparator umfassen, wodurch der Vergleich mit minimalen Mitteln ermöglicht werden kann.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn dem Fensterkomparator der Spannungsauswerteeinheit eine jeweilige Knotenpunktspannung über einen Multiplexer zuführbar ist, so dass die Aussagen bezüglich der Spannung für jeden Lastkreis getrennt getroffen werden können. Dabei kann auch eine Verknüpfung der für jeden Lastkreis ermittelten Spannungsinformationen erfolgen, um eine vollständige Zustandsbeschreibung der diagnostizierten Schaltungsanordnung zu erhalten.
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Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Diagnose einer Schaltungsanordnung auf einen Kurzschluss und/oder eine Leitungsunterbrechung,
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2 eine erste Variante einer in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzten Strommesseinrichtung,
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3 eine zweite Variante einer in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzten Strommesseinrichtung,
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4 eine beispielhafte Auswerteeinrichtung zur Auswertung des von der Strommesseinrichtung erfassten Stromsignals, und
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5 eine Spannungsauswerteeinheit der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehenen Auswerteeinrichtung.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Diagnose einer Schaltungsanordnung auf einen Kurzschluss und/oder eine Leitungsunterbrechung. Insbesondere ist die Vorrichtung dazu geeignet, die Ermittlung von Kurzschlüssen nach Bezugspotential sowie nach Versorgungspotential vorzunehmen. Insbesondere können hierbei die oben genannten Fehler unterschieden werden.
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Die zu diagnostizierende Schaltungsanordnung umfasst allgemein zumindest zwei parallel verschaltete Lastkreise. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind exemplarisch drei parallel verschaltete Lastkreise 10, 20, 30 dargestellt. Jeder der Lastkreise 10, 20, 30 ist aus der Serienschaltung einer Last 11, 21, 31 und eines steuerbaren Schaltelements 12, 22, 32 gebildet. Die Lasten 11, 21, 31 können beispielsweise Zündspulen oder Einspritzventile eines Kraftfahrzeugs sein.
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Die Lastkreise 10, 20, 30 sind zwischen einem ersten Versorgungspotentialanschluss 1 und einem Bezugspotentialanschluss 3 verschaltet. Dabei kommen die steuerbaren Schaltelemente 12, 22, 32 eines jeweiligen Lastkreises 10, 20, 30 zwischen der zugehörigen Last 11, 21, 31 und dem Bezugspotentialanschluss 3 zum Liegen. Eine derartige Schaltungskonfiguration, bei der die Schaltelemente mit dem Bezugspotentialanschluss gekoppelt sind, wird als Low-Side-Konfiguration bezeichnet. Die Bezugspotentialanschlüsse 3, welche in 1 elektrisch getrennt dargestellt sind, können in der Praxis an einem gemeinsamen Massepotential GND anliegen.
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Eine Strommesseinrichtung 40 ist in einer gemeinsamen Versorgungsleitung in Bezug auf die parallel geschalteten Lastkreise 10, 20, 30 zur Bereitstellung eines den Strom in der gemeinsamen Versorgungsleitung repräsentierenden Stromsignals zwischen dem ersten Versorgungspotentialanschluss 1 und einem zweiten Versorgungspotentialanschluss 2 verschaltet. An dem zweiten Versorgungspotentialanschluss 2 liegt eine Spannung VBAT an. An dem ersten Versorgungspotentialanschluss liegt eine um die in der Strommessvorrichtung 40 abfallende Spannung reduzierte Spannung VSUP an.
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Eine Spannungsmesseinrichtung 50 dient der Erfassung und Bereitstellung einer jeweiligen Knotenpunktspannung V1, V2, V3 jedes Lastkreises 10, 20, 30 bei den beiden Schaltzuständen (an bzw. leitend geschaltet und aus bzw. sperrend geschaltet) des jeweiligen Schaltelements 12, 22, 32. Die Spannungsmesseinrichtung 50 ist daher mit Knotenpunkten 13, 23, 33 der jeweiligen Lastkreise 10, 20, 30 verbunden.
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Das Stromsignal und die Knotenpunktspannungen V1, V2, V3 sind einer Auswerteeinrichtung 60 zuführbar. Die Auswerteeinrichtung 60 kann dazu ausgebildet sein, das Stromsignal VHS_CUR in zumindest einen logischen Stromwert OC_HS bzw. UC_HS zu konvertieren. Weiter ist die Auswerteeinrichtung 60 dazu ausgebildet, die Knotenpunktspannungen V1, V2, V3 in logische Spannungswerte LS_high bzw. LS_Low zu konvertieren. Anhand von vorgegebenen Kombinationen des oder der logischen Stromwerte OC_HS, UC_HS und der logischen Spannungswerte LS_high, LS_Low kann auf die Art und den Ort eines Fehlers geschlossen werden. Ein Fehler ist hierbei ein Kurzschluss nach Bezugspotential GND sowie nach Versorgungspotential VSUP oder VBAT oder eine Leitungsunterbrechung.
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Die Leitungsunterbrechung kann hierbei zwischen den Lasten 11, 21, 31 und den Knotenpunkten 13, 23, 33 oder zwischen den Lasten 11, 21, 31 und der Strommesseinrichtung bzw. dem ersten Versorgungspotentialanschluss 1 detektiert werden. Leitungsunterbrechungen in anderen Leitungen werden nicht überwacht bzw. detektiert. Dies resultiert daraus, dass beispielsweise im Umfeld einer Kraftfahrzeuganwendung die Strommesseinrichtung 40, die Spannungsmesseinrichtung 50, die Auswerteeinrichtung 60 sowie die steuerbaren Schaltelemente 12, 22, 32 in einem gemeinsamen Steuergerät angeordnet sind. Die Lasten 11, 21, 31 sind hierbei über einen Kabelbaum mit dem Steuergerät verbunden. Der Kabelbaum umfasst dabei eine Verbindung zum ersten Versorgungspotentialanschluss 1 sowie zu den Knotenpunkten 13, 23, 33. Bezüglich der in dem Steuergerät angeordneten Komponenten wird hierbei davon ausgegangen, dass kein Fehler vorliegt, da lediglich fehlerfreie Steuergeräte zum Einsatz kommen. Demgegenüber wird die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung zur Diagnose der Schaltungsanordnung im laufenden Betrieb, z.B. eines Kraftfahrzeugs, eingesetzt, um regelmäßig während des Betriebs des Kraftfahrzeugs Fehler in der Verkabelung zu überprüfen.
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Die 2 und 3 zeigen alternative Ausgestaltungen einer Strommesseinrichtung 40 aus 1. Die Strommesseinrichtung 40 umfasst ein Messelement 41, wobei eine über dem Messelement 41 abfallende Spannung einem Differenzverstärker 43 zuführbar ist. Aus der über dem Messelement 41 abfallenden Spannung wird das der Auswerteeinrichtung 60 zugeführte Stromsignal VHS_CUR erzeugt. Das Messelement 41 kann wahlweise als Strommesswiderstand (Shunt) oder als steuerbares Halbleiterschaltelement, beispielsweise einen MOSFET, ausgebildet sein. Eine Strommesseinrichtung mit einem Strommesswiderstand ist in 2, eine Strommesseinrichtung mit einem MOSFET ist in 3 dargestellt. Zur Ansteuerung wird der Gate-Anschluss des MOSFETs mit einem Steuersignal HS_Cntl beaufschlagt. In einer dem Fachmann bekannten Weise findet auch bei eingeschaltetem MOSFET über dessen Drain-Source-Strecke ein Spannungsabfall statt, der durch den Differenzverstärker detektiert und verstärkt wird.
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4 zeigt eine Stromauswerteeinheit 61 der Auswerteeinrichtung 60 aus 1. Die Stromauswerteeinheit 61 umfasst einen ersten und zweiten Komparator 62, 63, welche als Fensterkomparator verschaltet sind bzw. ausgebildet sein können. Einem jeweiligen ersten Eingang der Komparatoren 62, 63 wird das Stromsignal VHS_CUR zugeführt. Den jeweiligen anderen Eingängen der Komparatoren 62 und 63 sind Schwellwertsignale zugeführt. Ein erster Schwellwert VHS_OC_THD, welcher dem Komparator 62 an seinem zweiten Eingang zugeführt wird, weist einen Schwellwert auf, der größer als ein Nominalstrom der bestimmungsgemäß arbeitenden Schaltungsanordnung in 1 ist. Der zweite Schwellwert VHS_UC_THD, welcher dem zweiten Eingang des Komparators 63 zugeführt wird, repräsentiert einen Schwellwert, der kleiner ist als der Nominalstrom durch die Schaltungsanordnung der 1. Hieraus ergibt sich, dass der erste logische Stromwert OC_HS des Komparators 62 anspricht und ein zweites Signal abgibt, wenn der durch die Schaltungsanordnung bzw. die Strommesseinrichtung 41 fließende Strom größer als der Nominalstrom ist. Dementsprechend spricht der zweite logische Stromwert UC_HS an, wenn der durch die Strommesseinrichtung 40 fließende Strom kleiner als der Nominalstrom ist. Die logischen Stromwerte OC_HS und UC_HS können binär durch logisch „1“ oder logisch „0“ repräsentiert sein. Eine logische „1“ entspricht beispielsweise einem positiven Vergleich, d.h. im Falle des Komparators 62 ist das Stromsignal VHS_CUR größer als der Schwellwert VHS_OC_THD bzw. im Fall des Komparators 63 ist das Stromsignal VHS_CUR kleiner als der Schwellwert VHS_UC_THD.
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5 zeigt eine Spannungsauswerteeinheit 66 der Auswerteeinrichtung 60. Diese umfasst ebenfalls zwei Komparatoren 68, 69, welche wiederum als Fensterkomparator verschaltet sind. Ein jeweiliger erster Eingang der Komparatoren 68, 69 kann über einen Multiplexer 67 oder steuerbare Schalter 67 wahlweise mit einer der Knotenpunktspannungen V1, V2, V3 beaufschlagt werden. Ein Vergleich folgt im ersten Komparator 68 mit einem ersten Schwellwert VLS_High_THD und im zweiten Komparator 69 mit einem zweiten Schwellwert VLS_Low_THD. Am Ausgang des Komparators 68 steht ein erster logischer Spannungswert LS_high und am Ausgang des zweiten Komparators ein zweiter logischer Spannungswert LS_Low zur Verfügung. Diese können wiederum als logisch „1“ und logisch „0“ repräsentiert sein. Eine logische „1“ liegt dann z.B. an einem Ausgang des Komparators 68 oder 69 an, wenn der Vergleich der an den ersten Eingang geschalteten Knotenpunktspannung V1, V2 oder V3 mit dem jeweiligen ersten oder zweiten Schwellwert positiv ist. Im anderen Fall steht am Ausgang des betreffenden Komparators 68, 69 eine logisch „0“.
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Anstatt des in 5 gezeigten Fensterkomparators könnte auch ein einfacher Komparator verwendet werden, der einen Vergleich mit einer einzigen Schwelle ermöglicht. Dabei werden die Ausgänge der Komparatoren 86, 69 aus 5 dann durch einen einzigen Ausgang ersetzt. Eine logische „0“ am Ausgang entspricht dann LS_Low = „1“ und LS_High = „0“. Eine logische „1“ am Ausgang entspricht LS_Low = „0“ und LS_High = „1“.
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Die Unterscheidung von Gutfällen von Fehlerfällen (Kurzschluss und/oder Leitungsunterbrechung der oben beschriebenen Art) erfolgt durch eine Kombination von Diagnoseinformationen, welche sich aus zumindest einem logischen Stromwert OC_HS und/oder UC_HS und den logischen Spannungswerten LS_high und LS_Low zusammensetzt. Dabei werden die entsprechenden logischen Stromwerte selektiv bezüglich eines ein- und ausgeschalteten Schaltelements des betrachteten Lastpfades ermittelt.
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Nachfolgend werden die unterschiedlichen Fehlerfälle und Gutfälle, welche in der Schaltungsanordnung auftreten können, näher erläutert.
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Fall 1 (SCB_HS): Erkennung eines Kurzschlusses der gemeinsamen Verbindungsleitung nach VBAT. Ein Kurschluss der gemeinsamen Versorgungsleitung, d.h. der Leitung, in der der erste Versorgungspotentialanschluss 1 liegt, nach VBAT (d.h. zum ersten Versorgungspotentialanschluss hin) kann erkannt werden, wenn mindestens eines der Schaltelemente 12, 22, 32 eingeschaltet ist, durch die Strommesseinrichtung 40 jedoch kein Stromfluss detektiert wird. Eine weitere, Bedingung ist, dass bei ausgeschalteten Halbleiterschaltelementen die Knotenpunktspannungen auf dem Niveau von VBAT liegen. Um ein vollständiges Gesamtbild zu erhalten, müssen alle Zustände (ON/OFF) der Schaltelemente 12, 22, 32 einmal angesteuert sein. Hierdurch ergibt sich folgende Erkennungsmatrix:
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In dieser und in den nachfolgenden Tabellen bezeichnet hierbei „State“ den Zustand des oder der Schaltelemente LS1, LS2, LS3, wobei LS1 dem Schaltelement 12 im Lastkreis 10, LS2 dem Schaltelement 22 im Lastkreis 20 und LS3 dem Schaltelement 32 im Lastkreis 30 entspricht. 1., 2. und 3. bezeichnen eine wahlweise Betrachtung der Schaltelemente. „ON“ repräsentiert ein eingeschaltetes bzw. leitend geschaltetes Schaltelement. „OFF“ repräsentiert ein ausgeschaltetes bzw. sperrend geschaltetes Schaltelement. Ist in der Matrix der Zustände der Schaltelemente ein „x“ enthalten, so ist der Schaltzustand des Schaltelements beliebig, d.h. das Schaltelement kann wahlweise ein- oder ausgeschaltet sein. „Symptoms“ kennzeichnet die für den betrachteten Fehlerfall berücksichtigten logischen Strom- bzw. Spannungswerte. Der Index „_10“, „_20“, „_30“ kennzeichnet hierbei den berücksichtigten Lastkreis. „Diag“ kennzeichnet dann die für einen bestimmten Fehlerfall (s. Symptoms) „erforderlichen“ Strom- und/oder Spannungswerte.
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Fall 2 (SCB_LS_x, wobei x = 10, 20 oder 30): Erkennung eines Kurzschlusses bzw. einer niederohmigen Verbindung der Last
11,
21,
31 zum Knotenpunkt
13,
23,
33. Dieser Fehlerfall wird für jeden Lastkreis
10,
20,
30 getrennt überprüft. Wird beispielsweise bei Überprüfung des Lastkreises
10 bei eingeschaltetem Schaltelement
12 erkannt, dass der Spannungsabfall über dem eingeschalteten Schaltelement
12 einen maximalen Wert überschreitet, so macht dies sich am Komparator
68 mit einer logisch „1“ bemerkbar. Gleichzeitig mit der Überprüfung des Lastkreises
10 sind die Schaltelemente
22,
32 der übrigen Lastkreise
20,
30 ausgeschaltet. Eine Überprüfung der anderen Lastkreise erfolgt in entsprechender Weise.
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Fall 3 (SCG_HS): Erkennung eines Kurzschlusses bzw. einer niederohmigen Verbindung der Versorgungsleitung, an der die Versorgungsspannung VSUP anliegt, zum Massepotential GND. Dieser Fehlerfall wird erkannt, wenn der Strom durch die Strommesseinrichtung 40 in der gemeinsamen Versorgungsleitung einen maximalen Wert überschreitet. Die Erkennung dieses Fehlerfalls erfolgt zu jedem Zeitpunkt, unabhängig davon, ob ein oder mehrere Schaltelemente 12, 22, 32 eingeschaltet sind oder nicht. Die Überschreitung des Stromflusses über den maximalen Wert hinaus macht sich beim ersten logischen Stromwert OC_HS mit einer logischen „1“ bemerkbar.
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Fall 4 (SCG_LS_x, wobei x = 10, 20 oder 30): Ein Kurzschluss im Lastkreis nach Massepotential GND wird erkannt, wenn in dem fehlerhaften Lastkreis
10,
20 oder
30 das zugehörige Schaltelement
12,
22 oder
32 ausgeschaltet ist, die Spannung am Knotenpunkt
13,
23,
33 jedoch nicht auf dem Spannungsniveau des ersten Versorgungspotentialanschlusses, d.h. V
SUP, ist. Dies macht sich in einer logischen „1“ des zweiten logischen Spannungswertes LS_Low des betreffenden Lastpfades bemerkbar. Für diese Überprüfung ist es unerheblich, in welchem Zustand sich die Schaltelemente der gerade nicht überprüften Lastpfade befinden. Eine weitere Bedingung ist, dass der Strom durch die Strommessvorrichtung
40 ungleich Null ist, wenn alle Schaltelemente
12,
22,
32 ausgeschaltet sind. Dies bedeutet, der zweite logische Stromwert muss logisch „1“ sein, da der durch die Strommesseinrichtung fließende Strom größer als der zweite Schwellwert V
HS_UC_THD ist. In der Tabelle sind die drei möglichen Fallkonstellationen illustriert. Ein Kurzschluss im Lastkreis nach Bezugspotential benötigt somit eine logische „0“ beim zweiten logischen Stromwert UC_HS und eine logische „1“ beim zweiten logischen Spannungswert LS_Low_x.
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Fall 5 (OL_HS): Eine Unterbrechung der gemeinsamen Versorgungsleitung zu den Lasten 11, 21, 31 wird erkannt, wenn alle Schaltelemente 12, 22, 32 ausgeschaltet sind, alle Spannungen an den Knotenpunkten 13, 23, 33 in etwa 0 V betragen. Dies hat zur Folge, dass der zweite logische Spannungswert LS_Low_10 bzw. LS_Low_20 bzw. LS_Low_30 einer logischen „1“ entspricht. Zusätzlich können (optional) nacheinander alle Schaltelemente 12, 22, 32 eingeschaltet und wieder ausgeschaltet werden, wobei in der gemeinsamen Versorgungsleitung durch die Strommesseinrichtung 40 kein Stromfluss diagnostiziert wurde. Dies macht sich beim zweiten logischen Stromwert UC_HS mit einer logischen „1“ bemerkbar. Das Ein- und Wiederausschalten ist in der unten stehenden Tabelle dargestellt, wobei in der ersten Spalte der rechten Hälfte das Schaltelement des geprüften Lastpfades ausgeschaltet („OFF“) und für den geprüften Lastkreis in den darauffolgenden Spalten angeschaltet („ON“) ist.
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Fall 6: Eine Leitungsunterbrechung in einem Lastkreis eines Lastkreises 10, 20, 30 wird erkannt, wenn das zugehörige Schaltelement 12, 22, 32 ausgeschaltet ist, aber die Knotenpunktspannung V1, V2 und V3 am zugeordneten Knotenpunkt 13, 23, 33 nicht auf dem Niveau des ersten Versorgungspotentialanschlusses 1, d.h. VSUP, ist. Eine weitere Bedingung ist, dass in der gemeinsamen Versorgungsleitung kein Strom fließt, wenn das zugehörige Schaltelement eingeschaltet ist. Für den Lastpfad des Lastkreises 10 (linke Spalte der Tabelle) bedeutet dies, dass bei ausgeschaltetem Schaltelement 12 (in der Tabelle LS1) der zweite logische Spannungswert LS_Low_10 eine logische „1“ hat. Bei eingeschaltetem Schaltelement 12 weist der zweite logische Stromwert UC_HS eine logische „1“ auf.
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Für den Fall, dass festgestellt werden soll, ob die Leitungsunterbrechung in der gemeinsamen Versorgungsleitung oder im Lastpfad des Lastkreises vorliegt, muss zusätzlich überprüft werden, ob ein Stromfluss durch eines der beiden anderen Schaltelemente 22 (LS2) oder 32 (LS3) erfolgt. Kommt hier beim zweiten logischen Stromwert UC_HS eine logische „0“ zutage, so liegt die Leitungsunterbrechung im Lastpfad des Lastkreises 10 vor. Ist das Ergebnis hingegen für die beiden anderen Lastpfade ebenfalls eine logische „1“, so liegt die Leitungsunterbrechung zwischen dem Knotenpunkt der drei Lastkreise und dem ersten Versorgungspotentialanschluss vor.
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Fall 7: Der fehlerfreie Zustand wird erkannt, wenn die Spannungen an den Verbindungsleitungen zwischen den Lasten 11, 21, 31 und den zugeordneten Schaltelementen 12, 22, 32 auf dem Niveau der Spannung VSUP liegen, wenn die jeweiligen Schaltelemente 12, 22, 32 ausgeschaltet sind und in der gemeinsamen Versorgungsleitung durch die Strommesseinrichtung kein Strom detektiert wurde. Eine weitere Bedingung ist, dass bei einem eingeschalteten Schaltelement in der gemeinsamen Versorgungsleitung in etwa der erwartete Laststrom fließen muss. Dies ist in der nachfolgenden Tabelle dargestellt.
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Der Vorteil der beschriebenen Vorrichtung besteht darin, dass lediglich eine einzelne Strommessvorrichtung erforderlich ist, die in der gemeinsamen Versorgungsleitung der Lastkreise angeordnet ist. Darüber hinaus sind keine zusätzlichen Diagnosevorrichtungen, wie Strommesswiderstände oder Diagnosequelle, erforderlich. Die Unterscheidung von Gut- bzw. Fehlerfällen erfolgt durch die Kombination der Strom- und Spannungsinformationen mehrerer Lastkreise bei den beiden Schaltzuständen der jeweiligen Schaltelemente. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass weder die Strommessung in der gemeinsamen Versorgungsleitung noch die Spannungsmessungen besonders präzise sein müssen. Die Aussagen zu Strom- und Spannungswerten werden mittels Vergleicherschaltungen ermittelt, wodurch aufwändige Analogmessungen entfallen.
