DE102017201727A1 - Control circuit and diagnostic method for the operation of an inductive load - Google Patents

Control circuit and diagnostic method for the operation of an inductive load Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung (10) zur Steuerung einer induktiven Last (12). Die Steuerschaltung (10) umfasst einen ersten Halbleiterschalter (20), der in Reihe mit der induktiven Last (12) geschaltet ist, einen ein ersten Diodenkreis (14) zur Überbrückung des ersten Halbleiterschalters (20) und einen zweiten Diodenkreis (16) zur Überbrückung des ersten Halbleiterschalters (20) und der induktiven Last (12). Dabei ist der zweite Halbleiterschalter (30) in Reihe mit dem ersten Halbleiterschalter (20) geschaltet. Erfindungsgemäß sind der erste und zweite Halbleiterschalter (20, 30) zu einer unabhängigen Betätigung mit einer Steuereinheit (40) verbunden. Die Erfindung betrifft auch ein Diagnoseverfahren (100) einer entsprechenden Steuerschaltung (10) und ein Schaltgerät (60), in dem das Diagnoseverfahren (100) umgesetzt wird.

Figure DE102017201727A1_0000
The invention relates to a control circuit (10) for controlling an inductive load (12). The control circuit (10) comprises a first semiconductor switch (20) which is connected in series with the inductive load (12), a first diode circuit (14) for bridging the first semiconductor switch (20) and a second diode circuit (16) for bridging the first semiconductor switch (20) and the inductive load (12). In this case, the second semiconductor switch (30) is connected in series with the first semiconductor switch (20). According to the invention, the first and second semiconductor switches (20, 30) are connected to a control unit (40) for independent actuation. The invention also relates to a diagnostic method (100) of a corresponding control circuit (10) and a switching device (60) in which the diagnostic method (100) is implemented.
Figure DE102017201727A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung zur Steuerung einer induktiven Last. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Diagnose einer solchen Steuerschaltung und eine Steuereinheit, die zur Durchführung eines derartigen Verfahrens ausgelegt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Schaltgerät, das von Steuereinheit umfasst, mit der das erfindungsgemäße Verfahren umgesetzt wird.The invention relates to a control circuit for controlling an inductive load. The invention also relates to a method for diagnosing such a control circuit and to a control unit designed to carry out such a method. Furthermore, the invention relates to a switching device comprising the control unit, with which the inventive method is implemented.

Aus DE 42 27 165 A1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die zwei Transistoren umfasst, die in Reihe mit einem elektrischen Verbraucher geschaltet sind, der als Magnetventil ausgebildet ist. Parallel zu einem Transistor ist ein Diodenkreis angeordnet. Des Weiteren weist die Schaltungsanordnung einen weiteren Diodenkreis auf, der parallel zum Transistor mit dem ersten Diodenkreis und dem elektrischen Verbraucher geschaltet ist. Die Transistoren werden in der Schaltungsanordnung über eine gemeinsame Ansteuerung betätigt, und sind über ein UND-Gatter miteinander verknüpft.Out DE 42 27 165 A1 a circuit arrangement is known which comprises two transistors which are connected in series with an electrical load, which is designed as a solenoid valve. Parallel to a transistor, a diode circuit is arranged. Furthermore, the circuit arrangement has a further diode circuit, which is connected in parallel to the transistor with the first diode circuit and the electrical load. The transistors are actuated in the circuit arrangement via a common control, and are linked together via an AND gate.

Es besteht Bedarf an einer verbesserten Steuerschaltung zum Betrieb einer induktiven Last, die eine selbsttätige Diagnose erlaubt und mit einem Minimum an Bauteilen auskommt. Ferner wird ein hohes Maß an Zuverlässigkeit angestrebt um die Anforderungen von sicherheitskritischen Anwendungen zu erfüllen. Ferner besteht Bedarf an einem Schaltgerät, das eine solche Diagnosefähigkeit und Zuverlässigkeit aufweist und in einfacher Weise herstellbar ist.There is a need for an improved control circuit for operating an inductive load that allows automatic diagnostics and requires a minimum of components. Furthermore, a high level of reliability is sought in order to meet the requirements of safety-critical applications. Furthermore, there is a need for a switching device that has such a diagnostic capability and reliability and can be produced in a simple manner.

Die zugrundeliegende Aufgabenstellung wird durch eine Steuerschaltung gelöst, die dazu ausgebildet ist, eine induktive Last zu steuern. Die Steuerschaltung umfasst einen ersten Halbleiter, der elektrisch in Reihe mit der zu schaltenden induktiven Last angeordnet ist. Der erste Halbleiterschalter kann dabei beispielsweise als Transistor oder Feldeffekttransistor ausgebildet sein. Die induktive Last kann beispielweise als Spule ausgebildet sein. Parallel zum ersten Halbleiterschalter ist ein Diodenkreis angeordnet, der zumindest eine Diode umfasst und den ersten Halbleiterschalter oder die induktive Last überbrückt. Ferner weist die Steuerschaltung einen zweiten Diodenkreis mit mindestens einer Diode auf, der den ersten Halbleiterschalter und die induktive Last überbrückt. Der erste Halbleiterschalter ist elektrisch in Reihe mit einem zweiten Halbleiterschalter angeordnet. Der erste und zweite Halbleiterschalter liegen dabei in einem Strompfad der induktiven Last und sind jeweils dazu ausgebildet, den Stromfluss durch die induktive Last zu unterbrechen. Erfindungsgemäß ist die Steuerschaltung mit einer zugehörigen Steuereinheit verbunden, die jeweils mit dem ersten und zweiten Halbleiterschalter verbunden ist. Die Steuereinheit kann dabei unmittelbar in die Steuerschaltung integriert sein oder als separate Einheit ausgebildet sein, die mit der Steuerschaltung verbunden ist. Es besteht jeweils eine separate Verbindung zwischen der Steuereinheit und dem ersten bzw. zweiten Halbleiterschalter, die voneinander galvanisch getrennt sind. Hierdurch sind der erste und der zweite Halbleiterschalter stets einzeln, also unabhängig voneinander, durch die Steuereinheit betätigbar. Hierzu ist die Steuereinheit jeweils mit einem geeigneten Anschluss des ersten und zweiten Halbleiterschalters verbunden, beispielsweise einem Gate-Anschluss.The underlying problem is solved by a control circuit which is designed to control an inductive load. The control circuit comprises a first semiconductor which is arranged electrically in series with the inductive load to be switched. The first semiconductor switch may be formed, for example, as a transistor or field effect transistor. The inductive load may be formed, for example, as a coil. Parallel to the first semiconductor switch, a diode circuit is arranged, which comprises at least one diode and bridges the first semiconductor switch or the inductive load. Furthermore, the control circuit has a second diode circuit with at least one diode, which bridges the first semiconductor switch and the inductive load. The first semiconductor switch is electrically arranged in series with a second semiconductor switch. The first and second semiconductor switches are in a current path of the inductive load and are each designed to interrupt the flow of current through the inductive load. According to the invention, the control circuit is connected to an associated control unit which is connected in each case to the first and second semiconductor switches. The control unit can be integrated directly into the control circuit or be designed as a separate unit which is connected to the control circuit. There is in each case a separate connection between the control unit and the first or second semiconductor switch, which are galvanically isolated from each other. As a result, the first and the second semiconductor switch are always individually, so independently of each other, actuated by the control unit. For this purpose, the control unit is respectively connected to a suitable terminal of the first and second semiconductor switch, for example a gate terminal.

Durch die unabhängige Betätigung der Halbleiterschalter ist eine Mehrzahl an definierten Schaltzuständen der Steuerschaltung einstellbar. Durch eine Messung oder Erfassung einer elektrischen Größe und Abgleich mit einem bestimmungsgemäßen Wert der elektrischen Größe für den vorliegenden Schaltzustand ist der Zustand der Steuerschaltung erkennbar. Die unabhängige Betätigung des ersten und zweiten Halbleiterschalters dient somit dazu, eine Diagnosefunktion für die Steuerschaltung bereitzustellen. Insbesondere ist ein nicht bestimmungsgemäßer Zustand des ersten und/oder zweiten Halbleiterschalters diagnostizierbar. Ferner wird hierdurch eine Redundanz an Halbleiterschaltern hergestellt. Auch bei einem Ausfall eines Halbleiterschalters ist durch die separate galvanisch getrennte Ansteuerung ein Durchschlagen eines Defekts eines Halbleiterschalters auf den anderen Halbleiterschalter ausgeschlossen. Infolgedessen liegt eine verbesserte Redundanz vor. Auch bei einem Versagen eines Halbleiterschalters ist der Stromfluss durch die induktive Last mittels des jeweils anderen Halbleiterschalters unterbrechbar. Hierdurch wird ein hohes Maß an Sicherheit erreicht.Due to the independent actuation of the semiconductor switch, a plurality of defined switching states of the control circuit is adjustable. By measuring or detecting an electrical variable and balancing with a proper value of the electrical variable for the present switching state, the state of the control circuit can be seen. The independent actuation of the first and second semiconductor switches thus serves to provide a diagnostic function for the control circuit. In particular, an improper condition of the first and / or second semiconductor switch can be diagnosed. Furthermore, a redundancy of semiconductor switches is thereby produced. Even with a failure of a semiconductor switch, a breakdown of a defect of a semiconductor switch to the other semiconductor switch is excluded by the separate galvanically isolated control. As a result, there is improved redundancy. Even if a semiconductor switch fails, the current flow through the inductive load can be interrupted by means of the respective other semiconductor switch. This achieves a high degree of security.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Gate-Anschluss des ersten Halbleiterschalters zur Betätigung mit einem Schaltelement verbunden, das eine galvanisch getrennte Übertragung aufweist. Unter dem Gate-Anschluss ist dabei derjenige Anschluss zu verstehen, durch den ein Strompfad durch den ersten Halbleiterschalter unterbrechbar ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der erste Halbleiterschalter als Feldeffekttransistor ausgebildet ist. Bei Halbleiterschaltern, die in anderen Bauformen ausgebildet sind, ist unter dem Gate-Anschluss das entsprechende technische Äquivalent der jeweiligen Bauform zu verstehen. Ein Schaltelement mit galvanisch getrennter Übertragung ist beispielsweise ein Optokoppler, ein Isolationsverstärker oder ein digitaler Koppler. Hierdurch ist für den ersten Halbleiterschalter gegenüber einer Steuereinheit, die über das Schaltelement mit galvanisch getrennter Übertragung mit der Steuerschaltung verbunden ist, ein erhöhtes Spannungsniveau erzielbar. Hierdurch können die Steuerschaltung und die zugehörige Steuereinheit in puncto Spannung unabhängig voneinander dimensioniert werden, was ein hohes Maß an Skalierbarkeit gewährleistet.In a preferred embodiment, a gate terminal of the first semiconductor switch for actuation is connected to a switching element having a galvanically isolated transmission. Under the gate terminal is to be understood that connection through which a current path is interrupted by the first semiconductor switch. This is the case, for example, if the first semiconductor switch is designed as a field-effect transistor. In semiconductor switches, which are formed in other types, the gate connection is to be understood as the corresponding technical equivalent of the respective design. A switching element with galvanically separated transmission is for example an optocoupler, an isolation amplifier or a digital coupler. In this way, for the first semiconductor switch with respect to a control unit which is connected via the switching element with galvanically separated transmission with the control circuit, an increased voltage level can be achieved. As a result, the control circuit and the associated control unit in terms of voltage independently dimensioned, which ensures a high degree of scalability.

Darüber hinaus kann der Gate-Anschluss des ersten Halbleiterschalters über das Schaltelement mit galvanisch getrennter Übertragung mit einem Source-Anschluss oder einem Drain-Anschluss des ersten Halbleiterschalters verbunden sein. Dies erlaubt in einfacher Weise die Auslegung des ersten Halbleiterschalters für ein Spannungsnivea, das gegenüber den bisher bekannten Lösungen erhöht ist. Gemäß dem Stand der Technik wird in derartigen Schaltungen das Gate-Potential auf Masse gezogen.In addition, the gate terminal of the first semiconductor switch may be connected via the switching element with galvanically separated transmission to a source terminal or a drain terminal of the first semiconductor switch. This allows in a simple manner the design of the first semiconductor switch for a voltage level, which is increased compared to the previously known solutions. In the prior art, in such circuits, the gate potential is pulled to ground.

Besonders bevorzugt weist der Halbleiterschalter eine Sperrspannung von bis zu 600 V auf. Eine derartige Sperrspannung erlaubt auch ohne Weiteres den Betrieb von großen induktiven Lasten, beispielsweise besonders leistungsfähigen Magnetspulen, die mit einer Spannung von bis zu 400 V betrieben werden. Die erfindungsgemäße Lösung ist folglich in einfacher Weise skalierbar und weist ein breites mögliches Einsatzspektrum auf.Particularly preferably, the semiconductor switch has a blocking voltage of up to 600 V. Such a blocking voltage also allows the operation of large inductive loads, for example, very powerful magnetic coils, which are operated with a voltage of up to 400 V without further notice. The solution according to the invention is therefore scalable in a simple manner and has a wide range of possible uses.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerschaltung ist dem Gate-Anschluss des ersten Halbleiterschalters mindestens ein Kondensator vorgeschaltet, in dem ausreichend Energie zur Betätigung des zugehörigen Gates des ersten Halbleiterschalters gespeichert ist. Der Kondensator ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Gate-Spannung bereitzustellen, so dass der erste Halbleiterschalter während des Betriebs konstant in einem geschlossenen Zustand bleibt. Bei einer Deaktivierung des zweiten Halbleiterschalters wird durch den Kondensator die Gate-Spannung am ersten Halbleiterschalter im Wesentlichen konstant gehalten, so dass der erste Halbleiterschalter aktiviert, also in einem geschlossenen Schaltzustand, bleibt. Dies erlaubt einen sicheren Betrieb, wenn der zweite Halbleiterschalter über eine Pulsweitenmodulationssteuerung, kurz PWM-Steuerung, betrieben wird.In a further embodiment of the control circuit according to the invention, the gate terminal of the first semiconductor switch is preceded by at least one capacitor in which sufficient energy is stored for actuating the associated gate of the first semiconductor switch. In particular, the capacitor is configured to provide a gate voltage so that the first semiconductor switch remains constantly in a closed state during operation. When the second semiconductor switch is deactivated, the gate voltage at the first semiconductor switch is kept substantially constant by the capacitor, so that the first semiconductor switch is activated, ie remains in a closed switching state. This allows safe operation when the second semiconductor switch via a pulse width modulation control, short PWM control operated.

Darüber hinaus kann dem zweiten Halbleiterschalter eine Messvorrichtung nachgeschaltet sein, die dazu ausgebildet ist, zumindest eine elektrische Größe im Strompfad der induktiven Last zu erfassen und/oder zu messen. Beispielsweise kann die Messvorrichtung als Mess-Shunt oder Messwandler ausgebildet sein, durch den ein Stromfluss im Strompfad der induktiven Last erkennbar ist. Alternativ oder ergänzend können auch andere elektrische Größen erfasst werden. Die Messvorrichtung ist mit der Steuereinheit der Steuerschaltung verbunden und liefert Messdaten an die Steuereinheit. Im Zusammenspiel mit einem bekannten Schaltzustand des ersten und zweiten Halbleiterschalters ist anhand der Messdaten der Messvorrichtung ein ordnungsgemäßer Zustand der Steuerschaltung bzw. ein Defekt in der Steuerschaltung diagnostizierbar. Die erfindungsgemäße Lösung kommt hierbei mit einem Minimum an Messtechnik aus, ohne die Genauigkeit der Diagnose zu beeinträchtigen. Infolgedessen ist die erfindungsgemäße Steuerschaltung auch einfach und wirtschaftlich herstellbar.In addition, the second semiconductor switch may be followed by a measuring device which is designed to detect and / or measure at least one electrical variable in the current path of the inductive load. For example, the measuring device may be formed as a measuring shunt or transducer, through which a current flow in the current path of the inductive load can be seen. Alternatively or additionally, other electrical variables can also be detected. The measuring device is connected to the control unit of the control circuit and supplies measurement data to the control unit. In conjunction with a known switching state of the first and second semiconductor switch, a correct state of the control circuit or a defect in the control circuit can be diagnosed based on the measured data of the measuring device. The solution according to the invention uses a minimum of measuring technology without impairing the accuracy of the diagnosis. As a result, the control circuit according to the invention is also simple and economical to produce.

In der erfindungsgemäßen Steuerschaltung ist vorzugsweise der erste und/oder zweite Halbleiterschalter zur Betätigung mittels eines modulierten Signals ausgebildet. Das modulierte Signal ist dabei beispielsweise als Pulsweitenmodulationssignal, kurz PWM-Signal, ausgebildet. Durch eine Pulsweitenmodulation ist ein energiesparender Betrieb der induktiven Last möglich. Beispielsweise kann so eine Haltekraft der Magnetspule, die einen Schütz antreibt, im Dauerbetrieb exakt einstellbar. Hierdurch ist die erfindungsgemäße Steuerschaltung ohne weiteres in bestehende Schaltgeräte integrierbar.In the control circuit according to the invention, the first and / or second semiconductor switch is preferably designed for actuation by means of a modulated signal. The modulated signal is formed, for example, as a pulse width modulation signal, short PWM signal. By a pulse width modulation, an energy-saving operation of the inductive load is possible. For example, such a holding force of the solenoid, which drives a contactor, can be precisely adjusted in continuous operation. As a result, the control circuit according to the invention can be easily integrated into existing switching devices.

Die skizzierte Aufgabenstellung wird auch durch ein Verfahren zur Diagnose einer Steuerschaltung gelöst, über die eine induktive Last geschaltet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei einer Steuerschaltung anwendbar, die einen ersten und einen zweiten Halbleiterschalter umfasst, die in Reihe in einem Strompfad der induktiven Last angeordnet sind. Die Halbleiterschalter sind dabei mit einer Steuereinheit verbunden, über die die Halbleiterschalter betätigbar sind. Die Halbleiterschalter sind separat mit der Steuereinheit verbunden, so dass eine unabhängige Betätigung der Halbleiterschalter gewährleistet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen ersten Schritt, in dem der erste und zweite Halbleiterschalter geöffnet werden. Hierdurch wird ein definierter Ausgangszustand hergestellt, in dem bestimmungsgemäß kein Stromfluss im Strompfad der induktiven Last vorliegt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der erste Halbleiterschalter geschlossen und im Strompfad der induktiven Last ein Stromfluss gemessen. Erfindungsgemäß wird ein Defekt des zweiten Halbleiterschalters erkannt, wenn nach dem Schließen des ersten Halbleiterschalters im Strompfad der induktiven Last das Vorliegen eines Stromflusses festgestellt wird. Hierdurch wird identifiziert, dass der zweite Halbleiterschalter nicht mehr betätigbar ist und stattdessen permanent leitend ist.The outlined task is also solved by a method for diagnosing a control circuit, via which an inductive load is switched. The inventive method is applicable to a control circuit comprising a first and a second semiconductor switch, which are arranged in series in a current path of the inductive load. The semiconductor switches are connected to a control unit via which the semiconductor switches can be actuated. The semiconductor switches are separately connected to the control unit, so that an independent actuation of the semiconductor switches is ensured. The method according to the invention comprises a first step in which the first and second semiconductor switches are opened. As a result, a defined initial state is established, in which there is no current flow in the current path of the inductive load as intended. In a further method step, the first semiconductor switch is closed and a current flow is measured in the current path of the inductive load. According to the invention, a defect of the second semiconductor switch is detected if, after the closing of the first semiconductor switch in the current path of the inductive load, the presence of a current flow is detected. This identifies that the second semiconductor switch is no longer actuated and instead is permanently conductive.

Alternativ oder ergänzend wird in analoger Weise der erste Halbleiterschalter auf einen Defekt geprüft. Dazu wird zunächst der Ausgangszustand wiederhergestellt, in dem der erste und zweite Halbleiterschalter geöffnet sind. Hierbei wird der erste Halbleiterschalter wieder geöffnet.Alternatively or additionally, the first semiconductor switch is tested for a defect in an analogous manner. For this purpose, first the initial state is restored, in which the first and second semiconductor switches are opened. In this case, the first semiconductor switch is opened again.

In einem weiteren Schritt wird der zweite Halbleiterschalter geschlossen und ein Stromfluss im Strompfad der induktiven Last erfasst. Der zweite Halbleiterschalter wird in diesem Verfahrensschritt auch wieder geöffnet. Erfindungsgemäß wird ein Defekt des ersten Halbleiterschalters erkannt, wenn nach dem Schließen des zweiten Halbleiterschalters im Strompfad der induktiven Last das Vorliegen eines Stromflusses festgestellt wird. Das Feststellen des Vorliegens eines Stromflusses erfolgt über eine geeignete Messvorrichtung, die in der Steuerschaltung angeordnet ist.In a further step, the second semiconductor switch is closed and detects a current flow in the current path of the inductive load. The second semiconductor switch is also opened again in this method step. According to the invention, a defect of the first semiconductor switch is detected when after the closing of the second semiconductor switch in the current path of the inductive load, the presence of a current flow is detected. The determination of the presence of a current flow takes place via a suitable measuring device, which is arranged in the control circuit.

Unter dem Vorliegen eines Stromflusses ist in beiden Fällen, also beim Prüfen des ersten und zweiten Halbleiterschalters, die Messung einer Stromstärke zu verstehen, die ungleich Null ist und betragsmäßig höher ist als eine übliche Messungenauigkeit der Messvorrichtung oder ein eventueller Kriechstrom. Alternativ oder ergänzend kann der Stromfluss auch durch die Messung eines Spannungsabfalls an der induktiven Last, am ersten und/oder am zweiten Halbleiterschalter erfasst werden.Under the presence of a current flow is in both cases, so when testing the first and second semiconductor switch, to understand the measurement of a current that is not equal to zero and is greater in magnitude than a standard measurement inaccuracy of the measuring device or a possible leakage current. Alternatively or additionally, the current flow can also be detected by measuring a voltage drop across the inductive load, at the first and / or at the second semiconductor switch.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine exakte Diagnose der Halbleiterschalter, also der Schaltelemente, die dazu geeignet sind, die induktive Last abzuschalten. Bereits ein Defekt eines einzelnen Halbleiterschalters ist damit zuverlässig und mit einem Minimum an Mess- und Rechenaufwand erkennbar. Diese Einfachheit gewährleistet eine hohe Geschwindigkeit bei der Erkennung eines Defekts, so dass Gegenmaßnahmen schnell einleitbar sind. Folglich können weitergehende Beschädigungen an Geräten, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, vermieden werden. Hierdurch können insbesondere kostenintensive Schäden an Schaltgeräten und/oder den von diesen geschalteten Anlagen vermieden werden. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise bei sicherheitsrelevanten Schaltgeräten als Diagnosefunktion im laufenden Betrieb durchgeführt werden. Dies gewährleistet ein erhöhtes Maß an Sicherheit gegen Komponentenausfälle im entsprechenden sicherheitsgerichteten Schaltgerät.The method according to the invention allows an exact diagnosis of the semiconductor switches, that is the switching elements, which are suitable for switching off the inductive load. Even a defect of a single semiconductor switch is thus reliable and recognizable with a minimum of measurement and computational effort. This simplicity ensures a high speed in the detection of a defect, so that countermeasures can be introduced quickly. Consequently, further damage to equipment using the method of the invention can be avoided. As a result, in particular costly damage to switching devices and / or connected by these systems can be avoided. In addition, the inventive method can be performed for example in safety-related switching devices as a diagnostic function during operation. This ensures an increased level of safety against component failures in the corresponding safety-related switchgear.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in einem weiteren Schritt von der Steuereinheit ein Steuersignal zum permanenten Öffnen des ersten und/oder zweiten Halbleiterschalters ausgegeben. Das Steuersignal zum permanenten Öffnen wird ausgegeben, wenn ein Defekt mindestens eines Halbleiterschalters erkannt ist. Unter einem permanenten Öffnen ist dabei ein Öffnen zu verstehen, dass erst durch einen gezielten Eingriff einer übergeordneten Hierarchieebene, beispielsweise einem Benutzer, wieder beendet werden kann. Der Strompfad der induktiven last wird somit unterbrochen und ein gefährlicher Weiterbetrieb der induktiven Last unterbunden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist folglich ohne Weiteres mit einer schnellen und zielgerichteten Gegenmaßnahme im Falle eines Defekts erweiterbar. Die Einleitung der Gegenmaßnahme erfolgt dabei in der Steuereinheit der entsprechenden Steuerschaltung. Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Schaltgerät, das zu einem Automatisierungssystem gehört, stellt die Steuereinheit der Steuerschaltung einer niedrige Hierarchieebene dar. Für das Erkennen eines Defekts und die Einleitung einer geeigneten Gegenmaßnahme ist die Einbeziehung weiterer Hierarchieebenen in einem Automatisierungssystem entbehrlich.In a preferred embodiment of the invention, in a further step, the control unit outputs a control signal for permanently opening the first and / or second semiconductor switch. The control signal for permanent opening is output when a defect of at least one semiconductor switch is detected. Under a permanent opening is an opening to understand that only through a targeted intervention of a higher hierarchical level, such as a user, can be stopped again. The current path of the inductive load is thus interrupted and prevented dangerous continued operation of the inductive load. The method according to the invention is therefore readily expandable with a quick and targeted countermeasure in the event of a defect. The initiation of the countermeasure takes place in the control unit of the corresponding control circuit. When using the method according to the invention in a switching device that belongs to an automation system, the control unit of the control circuit represents a low hierarchical level. For the detection of a defect and the initiation of a suitable countermeasure, the inclusion of further hierarchy levels in an automation system is dispensable.

Ebenso wird die skizzierte Aufgabe von einer Steuereinheit gelöst, die dazu ausgebildet ist, eine Steuerschaltung für eine induktive Last zu steuern. Die Steuereinheit weist geeignete Anschlüsse auf um einen ersten und einen zweiten Halbleiterschalter unabhängig voneinander anzusteuern. Ferner weist die Steuereinheit einen Messsignaleingang auf, der dazu ausgebildet ist, ein Messsignal von einer Messvorrichtung zu empfangen. Die Steuereinheit kann einen Speicher und eine Recheneinheit umfassen, die dazu geeignet sind, ein Programm zu speichern und auszuführen. Das Programm ist zu ausgebildet, bei einer Steuerschaltung, wie beispielsweise oben dargestellt, zumindest eine Ausführungsform des oben beschriebenen Verfahrens durchzuführen. Alternativ oder ergänzend weist die Steuereinheit eine festverdrahtete Schaltung, beispielsweise einen ASIC, auf, die dazu geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren bei einer entsprechenden Steuerschaltung zu implementieren. Die Steuereinheit kann auch eine Kombination eines Programms und einer entsprechenden festverdrahteten Schaltung aufweisen.Likewise, the object outlined is achieved by a control unit which is designed to control a control circuit for an inductive load. The control unit has suitable connections to control a first and a second semiconductor switch independently of one another. Furthermore, the control unit has a measuring signal input, which is designed to receive a measuring signal from a measuring device. The control unit may comprise a memory and a computing unit which are adapted to store and execute a program. The program is designed to perform at least one embodiment of the method described above in a control circuit, such as shown above. Alternatively or additionally, the control unit has a hard-wired circuit, for example an ASIC, which is suitable for implementing the method according to the invention in a corresponding control circuit. The control unit may also comprise a combination of a program and a corresponding hard-wired circuit.

Ferner wird die zugrundeliegende Aufgabenstellung von einem Schaltgerät gelöst, das dazu ausgebildet ist, eine zumindest einphasige Stromversorgung zu Schalten. Hierzu ist das Schaltgerät mit einer Magnetspule ausgestattet, die über eine Steuerschaltung angesteuert wird. Zum bestimmungsgemäßen Betrieb, der auch eine Diagnosefunktion umfasst, ist das Schaltgerät mit einer oben skizzierten Steuereinheit versehen, mit der das erfindungsgemäße Verfahren implementierbar ist.Furthermore, the underlying task is solved by a switching device which is adapted to switch an at least single-phase power supply. For this purpose, the switching device is equipped with a magnetic coil, which is controlled by a control circuit. For normal operation, which also includes a diagnostic function, the switching device is provided with a control unit outlined above, with the method of the invention can be implemented.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einzelner Ausführungsformen beschrieben. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen sind dabei untereinander kombinierbar. Es zeigt im Einzelnen:

  • 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerschaltung;
  • 2 einen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens;
  • 3 eine elektrotechnische Anwendung mit einem erfindungsgemäßen Schaltgerät.
The invention will be described below with reference to individual embodiments. The features of the individual embodiments can be combined with each other. It shows in detail:
  • 1 an embodiment of the control circuit according to the invention;
  • 2 a sequence of an embodiment of the diagnostic method according to the invention;
  • 3 an electrotechnical application with a switching device according to the invention.

1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung 10, die dazu ausgebildet ist, eine induktive Last 12 zu schalten. Die induktive Last 12 ist dabei als Magnetspule eines nicht näher dargestellten Schaltgeräts 60 ausgebildet. Die induktive Last 12 wird über einen Strompfad 11 mit Strom versorgt, in dem ein erster und ein zweiter Halbleiterschalter 20, 30 in Reihe angeordnet sind. Der erste Halbleiterschalter 20 wird von einem ersten Diodenkreis 14 überbrückt, der eine erste Freilaufdiode 13 umfasst, die als Zenerdiode ausgebildet ist. Ferner ist in der Steuerschaltung 10 ein zweiter Diodenkreis 16 angeordnet, der eine zweite Freilaufdiode 15 umfasst. Der erste und zweite Diodenkreis 14, 16 dienen jeweils dazu, beim Trennen des Strompfads 11 durch den ersten und/oder zweiten Halbleiterschalter 20, 30 die induktive Last 12 schnell zu entregen, also stromfrei zu machen. Der zweite Diodenkreis 16 erlaubt einen Freilauf des Stroms durch die induktive Last. Der Strompfad 11 führt über einen Source-Anschluss 24 und einen Drain-Anschluss 26 des ersten Halbleiterschalters 20. Der erste Halbleiterschalter 20 ist in 1 ein Feldeffekttransistor und ist dazu ausgebildet, durch eine entsprechende Betätigung am Gate-Anschluss 22, also Anlegen einer entsprechenden Gate-Spannung 23, den Strompfad 11 zu schließen. Dem Gate-Anschluss 22 ist mindestens ein Kondensator 28 vorgeschaltet, der eine Kondensatorspannung 27 bereitstellt. Die Kondensatorspannung 27 ist dazu geeignet, im Zusammenspiel mit einer Diode 17 und einem Widerstand 18 zusammenzuwirken um so die zur Betätigung des Gate-Anschlusses 22 notwendige Gate-Spannung 23 bereitzustellen. Dabei ist der Widerstand 18 hochohmig ausgebildet um den an der induktiven Last 12 vorbeifließenden Strom zu begrenzen. Durch die Diode 18 wird ein Entladen des Kondensators 28 verhindert. Der weitere Kondensator 29 ist unmittelbar mit einem Schaltelement 42 mit galvanisch getrennter Übertragung verbunden und dient dazu, dieses zu entprellen. Unter dem Schaltelement 42 mit galvanischer getrennter Übertragung ist ein Schalter zu verstehen, bei dem ein eingehendes Signal 48 von einem ausgehenden Signal 49 galvanisch getrennt ist. Das Schaltelement 42 mit galvanisch getrennter Übertragung ist in 1 als Optokoppler ausgebildet, bei dem das eingehende Signal 48 durch eine optische Übertragung 41 ein ausgehendes Signal 49 hervorruft. Das Schaltelement 42 mit galvanisch getrennter Übertragung ist auf seiner Ausgangsseite 51 mit dem Gate-Anschluss 22 des ersten Halbleiterschalters 20 verbunden und auf seiner Eingangsseite 51 mit einer Steuereinheit 40. Die Steuereinheit 40 ist dazu ausgebildet, ein Steuersignal 43 auszugeben, das als eingehendes Signal 48 über das Schaltelement 42 mit galvanisch getrennter Übertragung eine Betätigung des Gate-Anschlusses 22 des ersten Halbleiterschalters 20 hervorruft. Somit wird der erste Halbleiterschalter 20 durch die Steuereinheit 40 geöffnet oder geschlossen. Ferner wird über eine Diode 19, die zwischen dem Gate-Anschluss 22 und dem Source-Anschluss 24 des ersten Halbleiterschalters 20 die dort vorliegende Gate-Source-Spannung begrenzt. 1 schematically shows the structure of a control circuit according to the invention 10 , which is designed to be an inductive load 12 to switch. The inductive load 12 is as a solenoid coil of a non-illustrated switching device 60 educated. The inductive load 12 is over a current path 11 powered, in which a first and a second semiconductor switch 20 . 30 arranged in series. The first semiconductor switch 20 is from a first diode circuit 14 bridged, the first freewheeling diode 13 includes, which is designed as a Zener diode. Further, in the control circuit 10 is a second diode circuit 16 arranged, which has a second freewheeling diode 15 includes. The first and second diode circuits 14, 16 each serve to disconnect the current path 11 through the first and / or second semiconductor switch 20 . 30 the inductive load 12 quickly to de-energize, so make power-free. The second diode circuit 16 allows a freewheeling of the current through the inductive load. The current path 11 leads through a source connection 24 and a drain connection 26 of the first semiconductor switch 20 , The first semiconductor switch 20 is in 1 a field effect transistor and is adapted to by a corresponding actuation at the gate terminal 22, so applying a corresponding gate voltage 23 , the current path 11 close. The gate terminal 22 is at least one capacitor 28 upstream of a capacitor voltage 27 provides. The capacitor voltage 27 is suitable in conjunction with a diode 17 and a resistance 18 to cooperate so as to operate the gate terminal 22 necessary gate voltage 23 provide. Here is the resistance 18 high impedance trained around the at the inductive load 12 to limit the flow of electricity. Through the diode 18 will discharge the capacitor 28 prevented. The other capacitor 29 is directly with a switching element 42 connected with galvanically separated transmission and serves to debounce this. Under the switching element 42 Galvanically isolated transmission is understood to be a switch in which an incoming signal 48 from an outgoing signal 49 is galvanically isolated. The switching element 42 with galvanic transmission is in 1 designed as an optocoupler, in which the incoming signal 48 through an optical transmission 41 an outgoing signal 49 causes. The switching element 42 with galvanic transmission is on its output side 51 with the gate connection 22 of the first semiconductor switch 20 connected and on its input side 51 with a control unit 40 , The control unit 40 is designed to output a control signal 43 as an incoming signal 48 over the switching element 42 with galvanically separated transmission an actuation of the gate terminal 22 of the first semiconductor switch 20 causes. Thus, the first semiconductor switch 20 through the control unit 40 open or closed. Furthermore, via a diode 19 that is between the gate terminal 22 and the source port 24 of the first semiconductor switch 20 limits the gate-source voltage present there.

Der zweite Halbleiterschalter 30 im Strompfad 11 der induktiven Last 12 ist auch dazu geeignet, den Strompfad 11 zu unterbrechen. Der zweite Halbleiterschalter 30 ist dabei mit einem zweiten Source-Anschluss 34 und Drain-Anschluss 36 in den Strompfad 11 geschaltet. Der Gate-Anschluss 32 des zweiten Halbleiterschalters 30 ist über eine Signalleitung 38 mit der Steuereinheit 40 gekoppelt. Die Steuereinheit 40 ist dazu ausgebildet, den Gate-Anschluss 32 über ein Steuersignal 43 zu betätigen, also einen Stromfluss 45 durch den zweiten Halbleiterschalter 30 zu ermöglichen oder zu unterbinden. Das Steuersignal 43 von der Steuereinheit 40 zum Gateanschluss 32 des zweiten Halbleiterschalters 30 ist dabei als moduliertes Signal 47 ausgebildet. Die Steuereinheit 40 ist dazu ausgebildet, die jeweiligen Steuersignale 43 an den ersten und zweiten Halbleiterschalter 20, 30 unabhängig voneinander auszugeben. Es besteht kein schaltungslogischer Zusammenhang zwischen den Betätigungen der Gate-Anschlüsse 22, 32 der Halbleiterschalter 20, 30. Im bestimmungsgemäßen Betrieb der Steuerschaltung 10 in 1 wird die Ausgabe von Steuersignalen 43 an den ersten und zweiten Halbleiterschalter 20, 30 durch ein Verfahren 100 vorgegeben. Das Verfahren 100 ist jeweils ganz oder teilweise durch ein Computerprogrammprodukt 80 umsetzbar oder durch eine feste Verdrahtung 85, die in die Steuereinheit 40 implementiert sind. Das Verfahren 100 stützt sich dabei auch auf zumindest ein Messsignal 46, das durch eine Messvorrichtung 44 erzeugt wird. Die Messvorrichtung 44 ist in Reihe mit dem ersten und zweiten Halbleiterschalter 44 derart im Strompfad 11 angeordnet, dass ein Stromfluss 45 im Strompfad 11 feststellbar bzw. messbar ist.The second semiconductor switch 30 in the current path 11 the inductive load 12 is also suitable for the current path 11 to interrupt. The second semiconductor switch 30 is doing with a second source connection 34 and drain connection 36 in the current path 11 connected. The gate connection 32 of the second semiconductor switch 30 is via a signal line 38 with the control unit 40 coupled. The control unit 40 is designed to be the gate terminal 32 via a control signal 43 to operate, so a current flow 45 through the second semiconductor switch 30 to enable or disable. The control signal 43 from the control unit 40 to the gate 32 of the second semiconductor switch 30 is a modulated signal 47 educated. The control unit 40 is adapted to the respective control signals 43 to the first and second semiconductor switches 20 . 30 to spend independently of each other. There is no circuit logic relationship between the operations of the gate terminals 22 . 32 the semiconductor switch 20 . 30 , During normal operation of the control circuit 10 in 1 becomes the output of control signals 43 to the first and second semiconductor switches 20 . 30 through a procedure 100 specified. The procedure 100 is fully or partially implemented by a computer program product 80 or by a fixed wiring 85 in the control unit 40 are implemented. The procedure 100 relies on at least one measurement signal 46 that by a measuring device 44 is produced. The measuring device 44 is in series with the first and second semiconductor switches 44 so in the current path 11 arranged that a current flow 45 in the current path 11 detectable or measurable.

Basierend hierauf sind beliebige Schaltzustände des ersten und zweiten Halbleiterschalters 20, 30, und damit Schaltzustände der Steuerschaltung 10 herstellbar. In der Steuereinheit 40 ist für jeden Schaltzustand hinterlegt, ob im Strompfad 11 bestimmungsgemäß ein Stromfluss 45 vorliegt oder nicht. Durch systematisches Einnehmen unterschiedlicher Schaltzustände des ersten und zweiten Halbleiterschalters 20, 30 und Erfassen des Stromflusses 45 im Strompfad 11 ist ein Defekt des ersten oder zweiten Halbleiterschalters 20, 30 erkennbar.Based on this are any switching states of the first and second semiconductor switch 20 . 30 , and thus switching states of the control circuit 10 produced. In the control unit 40 is stored for each switching state, whether in the current path 11 as intended, a current flow 45 present or not. By systematically adopting different switching states of the first and second semiconductor switches 20 , 30 and detecting the current flow 45 in the current path 11 is a defect of the first or second semiconductor switch 20 . 30 recognizable.

In 2 ist schematisch der Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens 100 dargestellt. Das Verfahren 100 wird mittels einer Steuereinheit 40, wie beispielsweise in 1 dargestellt, umgesetzt. Die Umsetzung des Verfahrens 100 in der Steuereinheit 40 erfolgt dabei über ein dazu ausgebildetes Computerprogrammprodukt 80 und/oder eine feste Verdrahtung 85, die in der Steuereinheit 40 gespeichert bzw. angeordnet sind. Im Verfahren 100 wird in einem ersten Schritt 110 eine Steuerschaltung 10 zur Schaltung einer induktiven Last 12 bereitgestellt. In der Steuerschaltung 10 sind ein erster und ein zweiter Halbleiterschalter 20, 30 in Reihe angeordnet und über die Steuereinheit 40 unabhängig voneinander, also separat, betätigbar. Im ersten Schritt 110 werden der erste und zweite Halbleiterschalter 20, 30 geöffnet und somit ein definierter Ausgangszustand für das Verfahren 100 hergestellt, in dem bestimmungsgemäß ein Stromfluss 45 durch die Steuerschaltung 10 unterbrochen wird.In 2 schematically is the sequence of an embodiment of the diagnostic method according to the invention 100 shown. The procedure 100 is by means of a control unit 40 , such as in 1 shown, implemented. The implementation of the procedure 100 in the control unit 40 takes place via a trained computer program product 80 and / or a fixed wiring 85 in the control unit 40 stored or arranged. In the process 100 will be in a first step 110 a control circuit 10 for switching an inductive load 12 provided. In the control circuit 10 a first and a second semiconductor switch 20, 30 are arranged in series and via the control unit 40 independently, ie separately, operable. In the first step 110 the first and second semiconductor switches 20, 30 are opened and thus a defined initial state for the method 100 manufactured, in the intended a current flow 45 through the control circuit 10 is interrupted.

In einem anschließenden zweiten Schritt 120 erfolgt ein Schließen des ersten Halbleiterschalters 20 durch Ausgeben eines entsprechenden Steuersignals 43 von der Steuereinheit 40. Ferner wird im zweiten Schritt 120 mittels einer Messvorrichtung 45 erfasst, ob im Strompfad 11 der induktiven Last 12 ein Stromfluss 45 vorliegt. Abhängig davon, ob im zweiten Schritt 120 ein Stromfluss 45 im Strompfad 11 der induktiven Last 12 erfasst wird, ergibt sich eine Verzweigung 125 des Verfahrensablaufs und es folgt ein dritter Schritt 130 oder ein vierter Schritt 140.In a subsequent second step 120 there is a closing of the first semiconductor switch 20 by outputting a corresponding control signal 43 from the control unit 40. Further, in the second step 120 by means of a measuring device 45 detected, whether in the current path 11 the inductive load 12 a current flow 45 is present. Depending on whether in the second step 120 a current flow 45 in the current path 11 the inductive load 12 is detected, results in a branch 125 of the procedure followed by a third step 130 or a fourth step 140 ,

Wird im zweiten Schritt 120 das Vorliegen eines Stromflusses im Strompfad 11 der induktiven Last 12 von der Steuereinheit 40 mittels der Messvorrichtung 44 erfasst, wird dadurch erkannt, dass im zweiten Halbleiterschalter 30 ein Defekt vorliegt. Der Defekt des zweiten Halbleiterschalters 30 ist dabei derart ausgebildet, dass dieser im vorliegenden Schaltzustand bestimmungswidrig stromleitend ist, was beispielsweise für ein sogenanntes Durchlegieren typisch ist. Der erfasste Defekt des zweiten Halbleiterschalters 30 stellt eine durch die Steuereinheit 40 berichtbare Information für einen Benutzer oder eine übergeordnete Steuerinstanz dar.Will in the second step 120 the presence of a current flow in the current path 11 the inductive load 12 from the control unit 40 by means of the measuring device 44 detected, is detected by the fact that in the second semiconductor switch 30 there is a defect. The defect of the second semiconductor switch 30 In this case, it is designed in such a way that, in the present switching state, it is electrically conductiveless, which is typical for so-called breakdown, for example. The detected defect of the second semiconductor switch 30 represents one by the control unit 40 Reportable information for a user or higher-level control instance.

Wird im zweiten Schritt 120 kein Stromfluss 45 im Strompfad 11 der induktiven Last 12 erfasst, schließt sich der dritte Schritt 130 an. Im dritten Schritt 130 wird der erste Halbleiterschalter 20 wieder geöffnet und der zweite Halbleiterschalter 30 geschlossen. Das Öffnen und Schließen der Halbleiterschalter 20, 30 erfolgt dabei über entsprechende Steuersignale 43, die von der Steuereinheit 40 separat an den ersten und zweiten Halbleiterschalter 20, 30 gesendet werden. Darauf wird im dritten Schritt 130 erfasst, ob im Strompfad 11 der induktiven Last 12 bei nunmehr geschlossenem zweiten Halbleiterschalter 30 und geöffnetem erstem Halbleiterschalter 20 ein Stromfluss 45 vorliegt. Abhängig davon, ob im dritten Schritt 130 ein Stromfluss 45 im Strompfad der induktiven Last 12 erfasst wird, ergibt sich eine zweite Verzweigung 135 des Verfahrensablaufs.Will in the second step 120 no current flow 45 in the current path 11 of the inductive load 12 recorded, the third step closes 130 at. In the third step 130 becomes the first semiconductor switch 20 opened again and the second semiconductor switch 30 closed. The opening and closing of the semiconductor switches 20 . 30 takes place via corresponding control signals 43 coming from the control unit 40 separately to the first and second semiconductor switches 20 . 30 be sent. This is the third step 130 detects whether in the current path 11 of the inductive load 12 at now closed second semiconductor switch 30 and opened first semiconductor switch 20 a current flow 45 is present. Depending on whether in the third step 130 a current flow 45 in the current path of the inductive load 12 is detected, there is a second branch 135 the procedure.

Wird im dritten Schritt 130 ein Stromfluss 45 im Strompfad 11 der induktiven Last 12 erfasst, wird dadurch in einem fünften Schritt 150 ein Defekt des ersten Halbleiterschalters 20 erkannt. Der Defekt des ersten Halbleiterschalters 20 ist dabei derart ausgebildet, dass dieser im vorliegenden Schaltzustand bestimmungswidrig stromleitend ist, was beispielsweise für ein sogenanntes Durchlegieren typisch ist. Der erfasste Defekt des ersten Halbleiterschalters 20 stellt eine durch die Steuereinheit 40 berichtbare Information für einen Benutzer oder eine übergeordnete Steuerinstanz dar.Will be in the third step 130 a current flow 45 in the current path 11 the inductive load 12 is detected in a fifth step 150 a defect of the first semiconductor switch 20 recognized. The defect of the first semiconductor switch 20 In this case, it is designed in such a way that, in the present switching state, it is electrically conductiveless, which is typical for so-called breakdown, for example. The detected defect of the first semiconductor switch 20 represents one by the control unit 40 Reportable information for a user or higher-level control instance.

Wenn im dritten Schritt 130 kein Vorliegen eines Stromflusses 45 im Strompfad 11 der induktiven Last 12 erfasst wird, folgt ein sechster Schritt 160. Im sechsten Schritt 160 findet ein Dauerbetrieb der Steuerschaltung 10 in einem nicht näher dargestellten Schaltgerät 60 statt. Es folgt darauf eine dritte Verzweigung 165 im Verfahrensablauf. Wenn der Dauerbetrieb aus dem sechsten Schritt 160 eingestellt wird, stellt sich ein Endzustand 200 des Verfahrens 100 ein. Alternativ wird eine erneute Durchführung des Verfahrens 100 angefordert. Durch eine Rückführungsschleife 170 wird das Verfahren 100 in den definierten Ausgangszustand im ersten Schritt 110 versetzt und ein erneuter Durchlauf eingeleitet.If in the third step 130 no presence of a current flow 45 in the current path 11 the inductive load 12 is detected, followed by a sixth step 160 , In the sixth step 160 finds a continuous operation of the control circuit 10 in a switching device, not shown 60 instead of. This is followed by a third branch 165 in the procedure. If the continuous operation from the sixth step 160 is set, a final state 200 of the procedure 100 one. Alternatively, a re-implementation of the method 100 requested. Through a return loop 170 becomes the procedure 100 in the defined initial state in the first step 110 offset and initiated a new run.

3 zeigt schematisch ein Schaltgerät 60, das mit einer Stromversorgung 62 verbunden ist, mit der eine elektrotechnische Anwendung 64 versorgt wird. Die elektrotechnische Anwendung 64 ist dabei als Elektromotor ausgebildet. Die Stromversorgung 62 umfasst drei Phasen 63, die über das Schaltgerät 60 geschaltet werden. Das Schaltgerät 60 weist dazu eine erfindungsgemäße Steuerschaltung 10 auf, über die eine als Magnetspule ausgebildete induktive Last 12 geschaltet wird. Mittels der Magnetspule erfolgt das Unterbrechen und Schließen der Stromversorgung 62. Die erfindungsgemäße Steuerschaltung 10 ist dabei mit einer nicht näher dargestellten erfindungsgemäßen Steuereinheit 40 gekoppelt, auf der über ein Computerprogrammprodukt 80 und/oder eine festverdrahtete Schaltung 85 das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren 100 umgesetzt wird. Die Steuereinheit 40 ist in 3 als separate Komponente ausgebildet, die mit dem Schaltgerät 60 gekoppelt ist. 3 schematically shows a switching device 60 that with a power supply 62 is connected, with an electrotechnical application 64 is supplied. The electrotechnical application 64 is designed as an electric motor. The power supply 62 includes three phases 63 , which are switched via the switching device 60. The switching device 60 has for this purpose a control circuit according to the invention 10 on, over which designed as a magnetic coil inductive load 12 is switched. The magnetic coil is used to interrupt and close the power supply 62 , The control circuit 10 according to the invention is in this case with a control unit, not shown, according to the invention 40 coupled on the over a computer program product 80 and / or a hard-wired circuit 85 the diagnostic method according to the invention 100 is implemented. The control unit 40 is in 3 designed as a separate component with the switching device 60 is coupled.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 4227165 A1 [0002]DE 4227165 A1 [0002]

Claims (12)

Steuerschaltung (10) zur Steuerung einer induktiven Last (12), umfassend einen ersten Halbleiterschalter (20), der in Reihe mit der induktiven Last (12) geschaltet ist, in dem ein erster Diodenkreis (14) zur Überbrückung des ersten Halbleiterschalters (20) oder der induktiven Last (12) und ein zweiter Diodenkreis (16) zur Überbrückung des ersten Halbleiterschalters (20) und der induktiven Last (12) angeordnet sind, wobei ein zweiter Halbleiterschalter (30) in Reihe mit dem ersten Halbleiterschalter (20) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Halbleiterschalter (20, 30) zu einer unabhängigen Betätigung mit einer Steuereinheit (40) verbunden sind.A control circuit (10) for controlling an inductive load (12), comprising a first semiconductor switch (20) connected in series with the inductive load (12), in which a first diode circuit (14) for bridging the first semiconductor switch (20). or the inductive load (12) and a second diode circuit (16) for bridging the first semiconductor switch (20) and the inductive load (12) are arranged, wherein a second semiconductor switch (30) in series with the first semiconductor switch (20) is connected characterized in that the first and second semiconductor switches (20, 30) are connected to a control unit (40) for independent operation. Steuerschaltung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gate-Anschluss (22) des ersten Halbleiterschalters (20) zur Betätigung mit einem Schaltelement mit galvanisch getrennter Übertragung (42) verbunden ist, insbesondere einem Optokoppler, einem Isolationsverstärker oder einem digitalen Koppler.Control circuit (10) after Claim 1 , characterized in that the gate terminal (22) of the first semiconductor switch (20) for actuation with a switching element with galvanically isolated transmission (42) is connected, in particular an optocoupler, an isolation amplifier or a digital coupler. Steuerschaltung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gate-Anschluss (22) des ersten Halbleiterschalters (20) über das Schaltelement mit galvanisch getrennter Übertragung (42) mit einem Source-Anschluss (24) oder einem Drain-Anschluss (26) des ersten Halbleiterschalters (20) verbunden ist.Control circuit (10) after Claim 2 , characterized in that the gate terminal (22) of the first semiconductor switch (20) via the switching element with galvanically isolated transmission (42) with a source terminal (24) or a drain terminal (26) of the first semiconductor switch (20) connected is. Steuerschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Halbleiterschalter (20) eine Sperrspannung von bis zu 600 V aufweist.Control circuit (10) according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the first semiconductor switch (20) has a reverse voltage of up to 600 volts. Steuerschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gate-Anschluss (22) des ersten Halbleiterschalters (20) mindestens ein Kondensator (28, 29) zur Bereitstellung einer Gate-Spannung (23) vorgeschaltet ist.Control circuit (10) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the gate terminal (22) of the first semiconductor switch (20) at least one capacitor (28, 29) for supplying a gate voltage (23) is connected upstream. Steuerschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Halbleiterschalter (30) eine Messvorrichtung (44) zur Erfassung eines Stromflusses (45) nachgeschaltet ist.Control circuit (10) according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the second semiconductor switch (30) is followed by a measuring device (44) for detecting a current flow (45). Steuerschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Halbleiterschalter (20, 30) zur Betätigung mittels eines modulierten Signals (47), insbesondere mittels eines Pulsweitenmodulationssignals, ausgebildet ist.Control circuit (10) according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the first and / or the second semiconductor switch (20, 30) for actuation by means of a modulated signal (47), in particular by means of a pulse width modulation signal is formed. Verfahren (100) zur Diagnose einer Steuerschaltung (10) einer induktiven Last (12), die einen ersten und einen zweiten Halbleiterschalter (20, 30) in einem Strompfad (11) der induktiven Last (12) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, und zur unabhängigen Betätigung mit einer Steuereinheit (40) verbunden sind, umfassend die Schritte: a) Öffnen des ersten und zweiten Halbleiterschalters (20, 30) ; b) Schließen des ersten Halbleiterschalters (20), Erfassen eines Stromflusses (45) im Strompfad (11) der induktiven Last (12), und Erkennen eines Defekts des zweiten Halbleiterschalters (30), wenn das Vorliegen eines Stromflusses (45) erfasst wird, und/oder; c) Öffnen des ersten Halbleiterschalters (20), Schließen des zweiten Halbleiterschalters (30) und Erfassen eines Stromflusses (45) im Strompfad (11) der induktiven Last (12), und Erkennen eines Defekts des ersten Halbleiterschalters (20), wenn das Vorliegen eines Stromflusses (45) erfasst wird.Method (100) for diagnosing a control circuit (10) of an inductive load (12) having a first and a second semiconductor switch (20, 30) in a current path (11) of the inductive load (12) connected in series, and connected to a control unit (40) for independent operation, comprising the steps of: a) opening the first and second semiconductor switches (20, 30); b) closing the first semiconductor switch (20), detecting a current flow (45) in the current path (11) of the inductive load (12), and detecting a defect of the second semiconductor switch (30) if the presence of a current flow (45) is detected, and or; c) opening the first semiconductor switch (20), closing the second semiconductor switch (30) and detecting a current flow (45) in the current path (11) of the inductive load (12), and detecting a defect of the first semiconductor switch (20) if the presence a current flow (45) is detected. Verfahren (100) zur Diagnose einer Steuerschaltung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt d) ein Steuersignal (43) zum permanenten Öffnen des ersten und/oder zweiten Halbleiterschalters (20, 30) ausgegeben wird, wenn im Schritt b) und/oder c) ein Defekt mindestens eines Halbleiterschalters (20, 30) erkannt wird.Method (100) for the diagnosis of a control circuit (10) according to Claim 8 , characterized in that in step d) a control signal (43) for permanent opening of the first and / or second semiconductor switch (20, 30) is output, if in step b) and / or c) a defect at least one semiconductor switch (20 , 30) is detected. Verfahren (100) zur Diagnose einer Steuerschaltung (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen und/oder Schließen des ersten Halbleiterschalters (20) mittels einer Kondensatorspannung (27) erfolgt, die an einem Gate-Anschluss (22) des ersten Halbleiterschalters (20) anliegt.Method (100) for the diagnosis of a control circuit (10) according to Claim 8 or 9 , characterized in that the opening and / or closing of the first semiconductor switch (20) by means of a capacitor voltage (27), which is applied to a gate terminal (22) of the first semiconductor switch (20). Steuereinheit (40) zum Betrieb einer induktiven Last (12) in einer Steuerschaltung (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (80) mittels eines Programms (80) und/oder einer festverdrahteten Schaltung (85) zur Durchführung eines Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10 ausgebildet ist.Control unit (40) for operating an inductive load (12) in a control circuit (10), characterized in that the control unit (80) by means of a program (80) and / or a hard-wired circuit (85) for carrying out a method (100) after one of the Claims 8 to 10 is trained. Schaltgerät (60) zum Schalten einer zumindest einphasigen Stromversorgung (), das eine als Magnetspule ausgebildete induktive Last (12) aufweist, die über eine Steuerschaltung (10) angesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät (96) zum Betrieb der Steuerschaltung (10) mit einer Steuereinheit (40) verbunden ist, die gemäß Anspruch 11 ausgebildet ist.Switching device (60) for switching an at least single-phase power supply (12), which has an inductive load (12) designed as a magnetic coil, which is driven via a control circuit (10), characterized in that the switching device (96) is used to operate the control circuit (10 ) is connected to a control unit (40) according to Claim 11 is trained.
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